О.В. Люлько, А.Л. Суварян

Гормональний механізм порушення сперматогенезу при варикоцеле

Варикоцеле має не лише медичне, а й ве­лике соціальне значення, оскільки негативно впливає на сперматогенез і викликає чоловіче безпліддя [1]. Зустрічається, за даними різних авторів, у 3,9-39,6% в дорослій чоловічій попу­ляції, у хлопчиків до 15 років - у 0,7-16,2% [2- 4]. Порушення сперматогенезу у дорослих хво­рих на варикоцеле виявлено у 20-83% спосте­режень [5-6]. Серед чоловіків, що страждають безпліддям, хворі на варикоцеле складають від 19 до 41% [7-8]. Корекція варикоцеле сприяє покращенню параметрів сперми у 50-80% хво­рих [9-10], частота настання вагітності у 31-71% [11-12] і значно збільшується частота вагітності й народжуваності при внутрішньоматковій інсе­мінації [13]. Виходячи з цих даних, вважається, що варикоцеле впливає на народжуваність і є найбільш важливою причиною безпліддя, яке можна лікувати хірургічним шляхом.

Але не до кінця зрозумілі патогенетичні механізми порушення сперматогенезу і гормо­нальної функції яєчок при варикоцеле. Запропо­новані різні гіпотези для пояснення ушкодження яєчок при варикоцеле: підвищення температури, хронічна гіпоксія яєчок, рефлюкс і токсичний вплив метаболітів і продуктів секреції нирок та надниркових залоз, аутоімунне пошкодження яєчок, активація оксидативного стресу та апоп­тозу порушення гіпоталамо-гіпофізарно-гонадної вісі.

Останнім часом широко обговорюється роль порушення гіпоталамо-гіпофізарно-гонад­ної вісі в патофізіології варикоцеле. Це обумов­лено тим, що: по-перше, гормональна регуляція біосинтезу тестостерону і сперматогенезу здій­снюється гонадотропними гормонами адено­гіпофізу - ФСГ і ЛГ, синтез яких, у свою чергу, регулюється дискретним пульсовим викидом ГнРГ гіпоталамусу, по-друге, поряд з пошкод­женням сперматогенного епітелію, що вияв­ляється при варикоцеле, велика кількість авторів описують зміни клітин Сертолі і клітин Лейдіга [14-21], що може призвести до порушення син­тезу тестостерону.

Однак однозначної думки про вплив вари­коцеле на біосинтез тестостерону дотепер немає. Відсутні чіткі дані про частоту та роль гор­мональних порушень при варикоцеле. До цього часу всі дослідження гіпоталамо-гіпофізарної системи при варикоцеле обмежуються визна­ченням гормонів гіпофізу. Відсутні роботи, де б вивчалися зміни в самій гіпоталамо-гіпофізарній системі для кращого розуміння її ролі в по­рушеннях сперматогенезу та синтезу тестосте­рону.

Метою дослідження є визначення впливу патоморфологічних змін у яєчках та гемодина­мічно пов'язаних органах на гормональні пору­шення та біохімічні зміни в гіпоталамо-гіпо­фізарній системі при варикоцеле.

МАТЕРІАЛИ ТАМЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження проводилося серед пацієнтів, що перебували на стаціонарному лікуванні в андрологічному та урологічному відділеннях КЗ «Обласна клінічна лікарня ім. І.І. Мечникова» з 1995 до 2009 р. Обстежено 128 хворих з ліво­стороннім варикоцеле. Вік пацієнтів становив від 18 до 45 років. З метою уточнення ступеня пору­шення сперматогенезу, гормональних порушень, ступеня і гемодинамічного типу варикоцеле проводили сперматологічне дослідження, визна­чали рівень гормонів крові (тестостерон, лютеїні­зуючий гормон, фолікулостимулюючий гормон, естрадіол, пролактин), ультразвукове дослід­ження органів калитки, флебографію. А також проводили загальноклінічні аналізи (загальний аналіз крові та сечі, біохімічний аналіз крові). Для визначення рівня порушення гіпоталамо­гіпофізарної вісі нами проведено гормональне дослідження 75 хворим на варикоцеле віком 18­45 років: 19 хворим I ступеня варикоцеле (1-ша група); 24 . II ступеня варикоцеле (2-га група); 32 - III ступеня (3-тя група). Контрольну групу склали 30 здорових чоловіків віком від 22 до 44 років зі збереженою фертильністю й нормо­зооспермією, які перебувають у шлюбі протягом 3-10 років і мають 1-3 здорових дітей.

Для уточнення ролі гемодинамічно пов'я­заних органів на сперматогенез і синтез тесто­стерону та їхній вплив на гіпоталамо-гіпофізарну систему нами проведено експериментальне до­слідження на 78 самцях щурів лінії Wistar, масою 180-230 г. Тварини перебували в стан­дартних умовах із циклічністю доби: світло . 12 годин, ніч . 12 годин. Для досліджень вико­ристовували: мозок (таламус, гіпоталамус, гіпо­камп, мозочок), надниркову залозу, яєчка (праве та ліве), передміхурову залозу та сироватку крові щурів. Забір органів тварин проводили під нар­козом (тіопентал-натрію 40 мг/кг, внутрішньо­черевно). Операції проводилися на базі віварію ДЗ «Дніпропетровська медична академія МОЗ України». Експериментальна модель варикоцеле була створена за рекомендаціями T.T. Turner (2001) шляхом часткового перетискання лівої ниркової вени медіальніше лівої яєчкової та надниркової вен. Тварини були розділені на 5 груп: 1-ша група (18 щурів) . виводилася з експерименту по закінченні 4 тижнів після опе­рації (n = 8) для морфологічного дослідження та через 6 тижнів після операції (n = 10) для біохі­мічних досліджень; 2-га група (18 щурів) . виводилася з експерименту по закінченні 12 тиж­нів після операції: (n = 8) для морфологічного дослідження та (n = 10) для біохімічних дослід­жень; 3-тя група (18 щурів) . виводилася з експерименту по закінченні 18 тижнів після операції (n = 10) для біохімічних досліджень та через 24 тижнів після операції (n = 8) для морфо­логічного дослідження; 4-та група (8 щурів) . псевдооперована (виділяли ниркову вену, але не перев'язували); 5-та група (10 щурів) . кон­трольна група. Тривалість експерименту стано­вила 24 тижні.

Статистичну обробку даних проводили з використанням методів варіаційної статистики, реалізованої пакетом програм Statwin та Excel. Оцінку вірогідності відмінності середніх і дис­персій проводили з використанням критеріїв Ст'юдента та Фішера. Для малих і неоднорідних груп при оцінці вірогідності відмінностей вико­ристовували такі статистичні методи, як гру­пування, спостереження, порівняльний аналіз, аналітичне групування, виявлення факту наяв­ності взаємозв'язку між якісними ознаками за допомогою критерію Х, зміни щільності взаємо­зв'язку за допомогою коефіцієнта взаємної спо­лученості Пірсона (Р).

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Найбільше звернень хворих з варикоцеле у віковому діапазоні 18-25 років (55,47%). Частою причиною звернень хворих на варикоцеле за медичною допомогою є больовий синдром в ді­лянці калитки, що посилюється при фізичному навантаженні (74 хворих, 57,81%), і безпліддя (42 хворих, 32,81%). 49 хворих (38,28%) не пред'являли скарг, і варикоцеле було виявлено випадково, під час проведення профілактичних оглядів. У хворих на варикоцеле, у порівнянні із контрольною групою, у 2 рази частіше спосте­рігається гіпоплазія яєчок помірного ступеня виразності та у 2,3 рази рідше з нормальними розмірами яєчок. У хворих превалювали вари­коцеле III (39,84%) і II (32,81%) ступенів вираз­ності, рідше зустрічалося варикоцеле I ступеня (27,35%). Частота виявлення I (реносперматич­ного) типу венозного рефлюкса склала 75,0%), II (ілеосперматичного) типу венозного рефлюкса . 13,2%, III (змішаного) типу венозного рефлюкса . 11,8%.

У 66,7% хворих достовірно знижені показ­ники у порівнянні з контрольною групою, але вищі ніж запропоновані ВООЗ (2000) нижні межі показників, що характеризують фертильну спер­му [22]. Нижче цього рівня показники спермо­грам відмічалися лише у 33,3% хворих на варикоцеле. Більш виражені зміни якісних харак­теристик сперми: зменшення вмісту живих і збільшення кількості мертвих сперматозоонів, зниження загальної і активної рухливості спер­матозоонів, збільшення вмісту сперматозоонів із патологічною будовою (частіше всього голівки і шийки). У 33% хворих відзначено підвищення в’язкості еякуляту зі збільшенням часу його роз­рідження та пониження в’язкості із приско­ренням його розрідження. Виражені патологічні зміни свідчать про значні пошкодження тканини яєчок.

У нашому дослідженні на щурах, після експериментально створеного варикоцеле, вияв­лено значні зміни сперматогенного епітелію в обох яєчках: у канальцях обох яєчок відбувались подібні зміни (більше в лівому яєчку), що супро­воджувалося зменшенням кількості всіх клітин, порушенням процесів дозрівання і диференцію­вання з появою деформованих сперматогоній і сперматоцитів [23]. Збільшувалася кількість клі­тин Сертолі з ознаками гідропічної і гіаліново­краплинної дистрофії, а інші мали клітинний поліморфізм. Порушення взаємної орієнтації призводило до передчасного відторгнення недо­зрілих сперматогенних клітин. У спермато­генному епітелії інтенсивність апоптозу збіль­шилась. При цьому також підвищилася кількість клітин, які гинули шляхом некроза групами. Аналізуючи події, що розвиваються в яєчках після 6 місяців експерименту, можна зробити висновок про перевагу атрофічних і склеро­тичних процесів. Процеси атрофії торкалися і сполучнотканинних елементів інтерстиційної тканини. Ми відзначили зменшення кількості ен­докриноцитів поряд із дегенеративно-дистро­фічними змінами в ядрах і цитоплазмі. До пато­логічного процесу залучаються обидва яєчка. Останнє свідчить про те, що пошкоджуючий механізм лівого яєчка не обмежується гемо­динамічним фактором, а має ще такі фактори, що викликають пошкодження сперматогенезу і в правому яєчку.

Наше дослідження свідчать, що етіологія виникнення патоспермії при варикоцеле має мультифакторний характер. На щурах, після експериментально викликаного варикоцеле, патогістологічні зміни спостерігаються у всіх гемодинамічно пов'язаних органах (яєчки, при­датки, передміхурова залоза, ліва нирка, ліва надниркова залоза). У тварин після 1 і 3 місяців експерименту переважали дегенеративно-дис­трофічні зміни і апоптоз, тоді як у щурів після 6 місяців експерименту хронічне венозне повно­крів'я і гіпоксія викликали до розвитку атро­фічних і склеротичних процесів у всіх дослід­жених органах. Активність апоптозу у всіх тварин з варикоцеле була значно вищою у порівнянні з псевдо-оперованими, при цьому інтенсивність апоптозу була тим вища, чим більший був строк з моменту виникнення ва­рикоцеле. Тобто, в контрольній групі індекс апоптозу складав 2-3%, у псевдо-оперованих - в середньому 4% (очевидно за рахунок стресу, однако ці зміни, певно, носять транзиторний характер). Після 1 і 3 місяців експерименту індекс апоптозу складав у середньому 6-8%, тоді як після 6 місяців розвивалось суттєве підви­щення до 14-16%.

При патогістологічному дослідженні після першого місяця створення експериментального варикоцеле в яєчках відзначено осередкову гі­перплазію клітин Лейдіга (при цьому іноді мала місце деформація їх ядер); після 3 місяців розвитку варикоцеле . у різних тварин реакція клітин Лейдіга була неоднозначна: у одних відмічалася гіперплазія ендокриноцитів, у інших - переважали дегенеративно-дистрофічні проце­си, що призводило до зменшення їхньої кіль­кості, при цьому в усіх зберігалась лімфоцитарна інфільтрація, а після 6 місяців експерименту ми відмітили зменшення кількості ендокриноцитів, з дегенеративно-дистрофічними змінами в ядрах і цитоплазмі.

У хворих на варикоцеле ми відзначили достовірне зниження рівня тестостерону в крові в порівнянні з контрольною групою: у хворих III ступеня варикоцеле зареєстровано зниження тес­тостерону у 2,3 рази (6,46 ± 0,78 нг/мл, контроль . 14,89 ± 2,66 нг/мл, p < 0,05) [24]. У групах I та II ступенів зареєстровано зниження тестостерону на 1,7 і 1,5 рази (8,56 ± 2,39 нг/мл та 9,98 ± 1,91 нг/мл відповідно, р<0,2) (Рис. 1).

Достовірного взаємозв'язку між ступенем варикоцеле і зниженням рівня тестостерону не зареєстровано. Значне зниження рівня тесто­стерону в III групі пояснюється тим, що в цій групі у 21 з 32 (67%) хворих тривалість захво­рювання складає 5.15 років. Тобто має місце часозалежне зниження рівня тестостерону.

Зниження рівня тестостерону при варико­целе підтверджено і в експериментальних умо­вах. Ми встановили, що експериментальне вари­коцеле у щурів призводить до суттєвого зни­ження рівня тестостерону в сироватці крові: через 6 тижнів після оперативного втручання рівень гормону в сироватці крові склав 7,0 ± 0,71 нмоль/л, що на 22% нижче контроль­ного рівня 9,39 ± 0,86 нмоль/л [25]. На 12.18.му тижні розвитку експериментального варикоцеле була зареєстрована суттєво низька концентрація даного гормону в сироватці крові дослідних щурів, яка склала 2,04 ± 0,23 нмоль/л (майже на 77% нижче контрольного показника) (Рис. 2).

Рівень ФСГ в II і III групах хворих у порів-змін не зареєстровано (3,7 ± 0,57 МО/л) (Рис. 3). нянні з контрольною групою 1,5 і 1,4 рази вище Підвищення ФСГ обумовлено пошкодженням сі­(5,89 ± 1,6 МО/лі 5,59 ± 1,02 МО/л відповідно, м'яних канальців і клітин Сертолі (Рис. 3). контроль . 3,95 ± 0,57, р < 0,2). У I групі значних змін не зареєстровано (3,7 ± 0,57 МО/л) (Рис. 3). Підвищення ФСГ обумовлено пошкодженням сім'яних канальців і клітин Сертолі (Рис. 3).

Зареєстровано підвищення рівня ЛГ в I рівня ЛГ, що наближається до контрольної групи групі порівняно з контрольною в 2,1 рази (4,35 ± 0,63 МО/лі 4,83 ± 0,67 МО/л відповідно, (7,56 ± 2,85 МО/лі 3,56 ± 0,44 МО/л відповідно, p < 0,05). Підвищення рівня ЛГ у I групі можна р < 0,2). У II і III групах зареєстровано зниження пояснити відповідною реакцією на пошкодження і зниження функціональних можливостей клітин стерону, що не спостерігається в нашому дослід­Лейдіга. А зниження рівня ЛГ у II і III групах женні, або виснаженням гіпоталамо-гіпофізарної можна пояснити або нормалізацією рівня тесто-системи (Рис. 4).

Нами вперше було досліджено астрогліаль­ну активність і розподіл адгезивних білків у гіпоталамо-гіпофізарній системі та інших від­ділах мозку за умов експериментального вари­коцеле у щурів [25, 27]. Астрогліальну актив­ність частіше всього характеризують за рівнем астроцитспецифічних білків - кальцій-зв’язую­чого білка S-100b та головного білка проміжних філаментів цитоскелету астроцитів - гліального фібрилярного кислого білка (ГФКБ).

У дослідних тварин під впливом варико­целе кількість S-100b у таламусі/гіпоталамусі щурів через 6 тижнів розвитку варикоцеле (1,23 ± 0,24 мкг/мл) збільшилась у два рази (кон­трольна група - 0,51 ± 0,26 мкг/мл), а через 12 тижнів цей рівень вже склав 2,27 ± 0,08 мкг/мл і на 18.й тиждень 2,32 ± 0,05 мкг/мл (вже у чотири, р < 0,001) (Рис. 5).

Високий вміст S-100b стимулює деполі­меризацію філаментної форми ГФКБ, а отже збільшення кількості його розчинної форми.

Рівень філаментної форми ГФКБ у тала­мусі/гіпоталамусі дослідних тварин зазнає сут­тєвого зниження (майже у 3 рази) через 12 та 18 тижнів розвитку експериментального варикоцеле (24,22 ± 2,49 мкг/мл та 17,21 ± 2,29 мкг/мл від­повідно; контрольна група - 56,56 ± 11,49 мкг/мл відповідно), р < 0,001. Рівеньрозчинного ГФКБ у таламусі/гіпоталамусі дослідних тварин через 6 тижнів після операції рівень цього білка підви­щується у два рази до 7,51 ± 0,5 мкг/мл у порів­нянні з контрольною групою - 3,38 ± 0,66 мкг/мл, р < 0,001. Проте, через 12 та 18 тижнів спосте­рігається тенденція до відновлення рівня розчин­ної форми (4,62 ± 0,51 мкг/мл та 5,15 ± 0,08 мкг/мл відповідно), р < 0,1(Рис. 6).

Згідно з даними V.A. Berezin та співавторів кількість розчинної форми ГФКБ зростає у пош­коджених ділянках мозку [26]. Проте, під впли­вом варикоцеле суттєвих морфологічних змін мозку не було виявлено. Але останні роки все більше виявляється доказів впливу зміни актив­ності астроцитів на патогенез різного типу деп­ресій без суттєвих морфологічних змін.

При дослідженні розподілу нейрональної молекули клітинної адгезії в таламусі/гіпотала­мусі спостерігається достовірне зниження роз­чинної форми НМКА (від 2,38 ± 0,2 мкг/мл - контроль до 1,51 ± 0,32 мкг/мл - 12.й тиждень та 1,66 ± 0,38 мкг/мл - 18 тиждень після операції, р < 0,09) та значне підвищення мембранної (від 57,65 ± 10,71 мкг/мл - контроль до 155,6 ± 18,29 мкг/мл на 12.й тиждень розвитку варико­целе та 134,3 ± 16,97 мкг/мл на 18.му тижні після операції, р < 0,005) (Рис. 7), що може свідчити про перерозподіл загальної кількості білка між розчинною та мембранною формами НМКА у бік мембранної, яка відповідає за адгезивні процеси [27]. НМКА регулює розмір синаптич­ної щілини, що є чинником ефективності пере­дачі нервового імпульсу. Гіпоталамус зв`язує нервову систему з ендокринною, а таламус кон­тролює вироблення гормонів гіпофізом. За умов розвитку варикоцеле порушується синтез тесто­стерону, збільшення мембранної форми НМКА вказує на формування дуже щільних контактів у таламусі/гіпоталамусі при дефіциті тестостерону, що можливо забезпечує регулювання пластич­ності нервової тканини за умов зниження син­тезу нейропептидів, що контролюється сте­роїдами.

ВИСНОВКИ

1. У хворих на варикоцеле значні двосторонні морфологічні зміни в тканині яєчок призводять до порушень запліднюючих властивостей еяку­ляту: незалежно від стадії захворювання у 66,7% хворих спостерігається зниження концентрації сперматозоонів, зменшення вмісту живих і збіль­шення кількості мертвих сперматозоонів, зни­ження загальної і активної рухливості спермато­зоонів, збільшення вмісту сперматозоонів із патологічною будовою (частіше всього голівки і шийки) тазниження об'єму еякуляту.

2. Встановлено, що у хворих на варикоцеле має місце достовірне зниження рівня тесто­стерону в порівнянні з контрольною групою . у хворих з третьою стадією варикоцеле у 2,3 рази, першою та другою стадіями . у 1,7 і 1,5 рази відповідно, яке обумовлено ураженням клітин Лейдіга.

3. В експерименті на щурах встановлено, що при лівобічному варикоцеле патогістологічні зміни спостерігаються у всіх гемодинамічно пов'язаних органах (яєчко, придатки, передміху­рова залоза, нирка та надниркова залоза зліва). Етіологія виникнення патоспермії при варико­целе має мультифакторний характер. Спільно з ушкодженням сперматогенного епітелію дистро­фічні зміни в інтерстиційних клітинах викли­каютьушкодження і клітин Лейдіга.

4. При експериментальному варикоцеле у щурівушкодження клітин Лейдіга призводить до суттєвого зниження рівня тестостерону в сироватці крові.

5. Зниження рівня тестостерону в крові щурів в умовах розвитку експериментального вари­коцеле призводить до збільшення кількості S­100b в таламусі/гіпоталамусі (через 18 тижнів у 4 рази), що викликає деполімерізацію філаментної форми гліального фібрилярного кислого білка (ГФКБ) в розчинну форму, підвищуючи її кіль­кість (через 18 тижнів збільшилася в 2 рази), що свідчить про пошкодження цих ділянок.

6. За умов експериментального варикоцеле порушення синтезу тестостерону впливає на ме­таболізм адгезивних білків у таламусі/гіпотала­мусі (через 18 тижнів спостерігається зниження розчинної форми нейрональної молекули клітин­ної адгезії (НМКА) в 1,4 рази та підвищення мембранної . у 2,3 рази), що беруть участь у регуляції репродуктивної функції і регулюють виділення гормонів гіпофізу.

7. При експериментальному варикоцеле спіль­но з пошкодженням сперматогенного епітелію спостерігається зниження синтезу тестостерону, що призводить до порушень в гіпоталамо­гіпофізарній системі, а це, в свою чергу, викли­кає порушення синтезу тестостерону та регуляції сперматогенезу. Спільно з факторами, пошкод­жуючими сперматогенну тканину, зниження кількості тестостерону веде до порушення міс­цевої регуляції сперматогенезу.