В.П. Стусь, М.Ю. Поліон, Ю.М. Поліон

Вплив важких металів на репродуктивні властивості еякуляту

Вступ. Рішення проблеми чоловічого безпліддя (ЧБ) є одним із нереалізованих резервів підвищення народжуваності, що має велике со-ціально-економічне значення для України з її вкрай несприятливими демографічними показниками. Як відомо, в Україні питання здоров’я майбутніх поколінь традиційно розглядаються в аспекті охорони здоров’я матері і дитини. Ре-продуктивне здоров’я чоловіка часто залишається поза увагою лікарів і організаторів охорони здоров’я.

Сучасними науковими дослідженнями встановлено, що безпліддя у чоловіків виникає в результаті численних патологічних процесів, які, шкідливо впливаючи на внутрішні органи, ендокринні залози, центральну нервову систему і статеві залози, викликають дистрофічні зміни в сім’яних канальцях і проміжній тканині яєчок, сприяють розвитку патоспермії (О.М. Горбатюк, 2000).

Про зв’язок безпліддя з впливом важких металів (свинець, кадмій і ртуть) йдеться в безлічі публікацій [4]. Більшість таких даних отримано в дослідженнях, проведених не за стандартною схемою, на малих вибірках і за відсутності адекватного контролю. Найбільш переконливі відомості стосуються свинцю. При високих концентраціях його в організмі спостерігається дисфункція яєчок [13].

Таким чином, однією з найбільш частих екологічних причин патології репродуктивних органів чоловіків є вплив важких металів та їх сполук тому, що органи сечостатевої системи людини є досить чутливими до впливу екзогенних токсинів. Усе це є підставою до проведення досліджень з метою уточнення ролі хімічних сполук важких металів у виникненні захворювань репродуктивних органів сечостатевої системи людини.

Мета дослідження: провести комплексну оцінку особливостей міграції ксенобіотиків та ессенціальних мікроелементів до репродуктивних органів чоловіків за даними біомоніторингу вмісту важких металів, біохімічних, гормональних та клінічних показників, стану репродуктивної системи чоловіків з різною фертильністю, які проживають у Дніпропетровському регіоні.

Матеріали та методи дослідження. Робота виконана на базі Центру планування сім’ї та репродукції людини КЗ «Дніпропетровський обласний перинатальний центр зі стаціонаром ДОР» (сертифікована ліцензія від 21 грудня 2012 року за № 003033 МОЗ України). Первинним документом була карта амбулаторного хворого. Дослідження мало ретроспективний та проспективний характер. Критеріями відбору населення до групи фертильних були: вік обстежених (20-50 років); термін проживання у даному місті (не менше 5 років); тотожність соціокультурних та економічних умов життя; відсутність гострих і хронічних захворювань, шкідливих звичок чи професійних шкідливостей; тривалість шлюбу понад 2 роки, наявність дітей. До групи пацієнтів, що страждають на безпліддя, відбирали чоловіків, які перебували у шлюбі понад 2 роки та за відсутності інших причин щодо виникнення безпліддя.

Усі пацієнти в умовах Центру планування сім’ї та репродукції людини КЗ «Дніпропетровський обласний перинатальний центр зі стаціонаром ДОР» пройшли комплексне обстеження профільними спеціалістами, лабораторні дослідження: загальний аналіз крові, сечі, біохімічне дослідження крові, ультразвукове дослідження органів генеративної системи відповідно до стандартного протоколу обстеження.

Внаслідок проведеного комплексного обстеження 70 чоловіків були виключені з подальших досліджень у зв’язку з виявленими хронічними загальносоматичними хворобами, гострим орхітом, інфекціями статевих шляхів, порушенням розташування та розмірів яєчок, варикоцеле, зловживанням спиртних напоїв та тютюнопалінням, порушеннями сперматогенезу, непов’язаними із забрудненням довкілля (хромосомні аномалії, травми або запалення статевих органів у анамнезі).

Спрямованим відбором шляхом анкетування та комплексу клініко-лабораторних обстежень сформовано 2 дослідні групи: 1-ша група (конт-рольна) - чоловіки з нормальною фертильністю (62 чоловіки), 2-га група - безплідні чоловіки (70 пацієнтів).

Результати та їх обговорення. У крові фертильних та безплідних чоловіків промислово розвиненого Дніпропетровського регіону визначали мідь, цинк, свинець, кадмій у концентраціях, які коливаються від 0,011±0,001 мг/л для кадмію у групі фертильних чоловіків, до 5,73±0,29 мг/л - для цинку у групі безплідних (табл. 1).

Найбільш токсичний мікроелемент - свинець, у крові чоловіків з нормальною фертильністю та безплідних визначався у концентрації від 0,015 до 0,198 мг/л і в середньому становив 0,063±0,005 мг/л і 0,062±0,003 мг/л у групах, відповідно (р>0,05). Такі значення знаходяться у межах нормативних рівнів (0,05-0,20 мг/л) за даними [2], проте вдвічі перевищують (p<0,001) результати досліджень [14].

Концентрації кадмію у крові фертильних чоловіків коливаються в межах 0,002-0,042 мг/л, що в середньому складає 0,011±0,001 мг/л; у крові безплідних чоловіків показник варіює від 0,001 до 0,059 мг/л, в середньому - 0,017± 0,002 мг/л, що в обох випадках, за даними деяких авторів, відповідає нормативному рівню [5]. Водночас, вміст кадмію у крові безплідних чоловіків у 1,5 рази (p<0,01) вищий порівняно з даними фертильних чоловіків (рис. 1).

Концентрація міді у крові більшості безплідних чоловіків (77,1%) перевищувала норму (0,70-1,7 мг/л) і у середньому становила 2,98±0,16 мг/л. У групі фертильних відповідні показники становили 38,7% і 1,74±0,10 мг/л, що достовірно було нижчим за показники чоловіків з ідіопатичним безпліддям (р<0,001).

Концентрація цинку у крові пацієнтів обох груп коливалась у межах 1,34-9,48 мг/л, що відповідало показникам норми (1,6-8,6 мг/л) за даними [5, 11], проте середній рівень цього металу у безплідних чоловіків був у 2,2 разу вище, ніж у пацієнтів групи порівняння - 5,73±0,29 мг/л проти 2,64±0,14 мг/л (р<0,001) (рис. 2).

Вміст свинцю в спермі фертильних чоловіків, у цілому, визначався у межах описаної F. Jockenhoevel норми - 0,049±0,003 мг/л проти 0,053±0,002 мг/л [16] (р>0,05), у той час як у спермі безплідних чоловіків рівень був достовір-но вище (р<0,001) і складав 0,064±0,003 мг/л (табл. 2, рис. 3). Виявлені нами відмінності в концентрації свинцю у біосубстратах фертильних та безплідних чоловіків свідчать про активне накопичення металу в еякуляті, що ймовірно, призводить до порушення фертильних властивостей сперми та може бути одним із чинників ризику безпліддя.

Концентрація кадмію в еякуляті пацієнтів з безпліддям також була суттєво збільшеною щодо норми (р<0,001) і групи фертильних чоловіків (р<0,01). Відмінності між вмістом кадмію у крові та спермі фертильних та нефертильних чоловіків виявились недостовірними, що може свідчити про недостатню ефективність гематотестикулярного бар’єра для захисту репродуктивної системи чоловіків від токсичного впливу цього металу.

Середні рівні міді в еякуляті пацієнтів обох груп не мали достовірних відмінностей та відповідали показникам норми (р>0,05) (табл. 2). Звертає на себе увагу, що практично немає різниці між концентрацією міді в крові та еякуляті фертильних чоловіків (1,74±0,10 і 1,88±0,14 мг/л) на відміну від групи інфертильних чоловіків (2,98±0,16 і 1,57±0,17 мг/л), де показники відрізняються майже наполовину, що може свідчити про неоднозначну дію цього металу на сперматогенез зі збільшенням його концентрації в крові при різних формах безпліддя.

Моніторинг рівня цинку в крові та еякуляті, як провідного мікроелемента для репродуктивної системи значення, дозволив виявити в дослідженнях важливі докази екологозалежного характеру. Так, концентрація цинку в крові досліджуваних коливається в межах 1,03-9,67 мг/л і в середньому складає 2,64±0,14 мг/л для фертильних та 5,73±0,29 мг/л для безплідних чоловіків. Вміст цинку в еякуляті фертильних чоловіків у середньому становить 81,48±3,45 мг/л, що у 30,9 разу вище порівняно з його рівнем у цільній крові та співпадає з даними літератури [10]. Враховуючи той факт, що у сім’яниках при синтезі стероїдних гормонів внаслідок прямої ензимопатичної дії ксенобіотиків та опосередкованого впливу відбувається активна стимуляція процесів перекисного окиснення ліпідів (ПОЛ) і вільнорадикального окиснення (ВРО), а також пригнічення системи антиоксидантного захисту (АОС), зрозумілим стає не лише активне проникнення цинку, як одного з ключових мікро-елементів АОС [6, 12] через ГТБ, але й значне накопичення його в репродуктивних органах чоловіків.

При аналізі вмісту цинку в еякуляті концентрація металу в спермі безплідних чоловіків за середніми значеннями становить 9,07± 0,57 мг/л, що в 1,6 разу вище його вмісту в крові та відповідає результатам досліджень Khan M.S. еt al. [7]. У той же час вміст цинку в еякуляті чоловіків з нормальною фертильністю за середніми показниками складає 81,48± 3,45 мг/л, що у 9 разів вище, ніж у спермі безплідних чоловіків та у 30,9 разу - порівняно з його вмістом у крові фертильних чоловіків, що співпадає з даними літератури [7, 8, 9, 15]. Більш високі показники вмісту Zn крові безплідних чоловіків ймовірно зумовлені блокуванням його переходу через гематотестикулярний бар’єр, проте це потребує подальшого вивчення.

Переважна кількість металів із крові проникає до яєчок та призводить до безпосереднього ушкодження гематотестикулярного бар’єра (ГТБ) і функціональної активності те-стикулярної тканини, а також, згідно з даними [3], опосередковано впливає на гіпоталамо-гіпофізарну систему, підвищуючи рівень ентропії у морфофункціональній системі сім’яників за сукупної дії внутрішньосудинних (сповільнення кровотоку, зміна реології крові), внутрішньостін-кових (ушкодження епітелію та порушення цілісності базальної мембрани) та позасудинних факторів (периваскулярний фіброз).

Середні значення показників індексу гематотестикулярної міграції ІГМ у пацієнтів до-сліджуваних груп наведені у табл. 3.

Серед показників ІГМ звертає на себе увагу майже у 17 разів більший індекс для Zn у групі фертильних (36,61±2,78), ніж у групі безплідних (2,18±0,25). Достовірні відмінності відзначені і для показників ІГМ інших металів (від р<0,05 до р<0,001), в тому числі з перевищенням індексів для Cd та Pb у групі інфертильних чоловіків порівняно з фертильними.

Результати дослідження показників еякуляту в групі фертильних та в групі чоловіків з безпліддям свідчать, що в усіх обстежених чоловіків після 4-7-денної секс-абстиненції об’єм еякуляту коливався в межах 2,0-5,0 мл, що в середньому складало 3,22±0,06 мл для фертильних чоловіків і 3,08±0,09 мл для чоловіків з безпліддям, що характеризується як нормоспермія (табл. 4). Достовірних відмінностей в об’ємі еякуляту між досліджуваними групами не виявлено (р>0,05). В усіх обстежених еякулят мав характерний специфічний запах та сіро-молочний чи молочно-білий колір. Випадків оліго-спермії та аспермії в обох групах не виявлено.

В’язкість еякуляту була в межах норми в обох групах: у групі фертильних чоловіків склала 0,256±0,025 см, в той час, як у групі чоловіків з ідіопатичним безпліддям - 0,377±0,028 см, тобто на 47,3% більше (р<0,01). Показник pH у групі фертильних відповідав нормі - 7,76±0,01, як і у групі чоловіків з безпліддям - 7,83±0,02, проте в останньому випадку був достовірно вищим (р<0,01).

Час розрідження еякуляту у групі фертильних чоловіків був в межах 20-40 хв., у групі ідіопатичного безпліддя - 20-60 хв., що відповідає нормі згідно з рекомендаціями ВООЗ.

Кількість сперматозоїдів в 1 мл у групі фертильних чоловіків склала 28,03±1,02 млн., а у групі з безпліддям - 17,80±0,76 млн., що в обох випадках відповідає нормі ВООЗ, але демонструє різницю у майже 1,6 разу на користь групи фертильних чоловіків (р<0,001).

Загальна кількість сперматозоїдів хоч і була вище від норми ВООЗ в обох групах, але у групі фертильних вища в 1,4 разу - 90,26±3,26 млн. проти 62,37±3,82 млн. (р<0,001). Кількість патологічних форм сперматозоїдів у групі чоловіків з ідіопатичним безпліддям була вищою на 26,7%, ніж у групі фертильних - 51,83±0,88 млн. та 40,92±1,01 відповідно (р<0,001).

Кількість живих форм сперматозоїдів у фертильних чоловіків коливалася у межах 55-85% і у середньому становила 74,71±1,26%. Аналогічний показник у групі чоловіків з ідіопатичним безпліддям коливався від 43 до 77% і у середньому склав 65,46±1,07%. Отримані результати відповідають нормам ВООЗ, проте відсоток достовірно менший у групі безплідних чоловіків (р<0,001).

За допомогою кореляційного аналізу ви-вчений взаємозв’язок між показниками спермог-рами і вмістом важких металів у крові та еякуляті у досліджуваних пацієнтів. При цьому в групі фертильних чоловіків не виявлено жодної достовірної кореляції між підвищеним вмістом свинцю і кадмію у біосубстратах чоловіків і основними якісними характеристиками еякуляту. Водночас, при безплідді спостерігається зворотний зв’язок слабкої і помірної сили між концентрацією свинцю в еякуляті з загальною кількістю сперматозоїдів - коефіцієнт кореляції дорівнює r=-0,262 (р<0,05), і кількістю живих сперматозоїдів - r=-0,462 (р<0,001) (рис. 4).

Підвищення концентрації свинцю в еякуляті супроводжується зростанням кількості патологічних форм сперматозоїдів - r=0,525 (р<0,001), насамперед зростанням випадків ураження головки - r=0,541 (р<0,001) (рис. 5).

Відповідні кореляції для вмісту кадмію у спермі становлять: з загальним об’ємом еякуляту - r=-0,396 (р<0,001), з загальною кількістю сперматозоїдів - r=-0,342 (р<0,001) (рис. 6).

Підвищення концентрації кадмію у крові супроводжується збільшенням в’язкості і часу розрідження еякуляту - r=0,538 (р<0,001) і r=0,448 (р<0,001) (рис. 7).

Висновки

1. Встановлено, що усі показники морфології сперматозоїдів та їх рухливості були статистично достовірно (p<0,001) гірші у групі безплідних у порівняні з групою фертильних чоловіків.

2. Вміст біотичних важких металів (цинку та міді) у крові безплідних чоловіків був достовірно вищим (р<0,001), ніж у групі фертильних чоловіків.

3. Встановлений зворотний зв’язок помірної сили між концентрацією свинцю в еякуляті з загальним об’ємом еякуляту при безплідді.

4. Загальний об’єм еякуляту та кількість живих сперматозоїдів зворотно корелює з вмістом кадмію у спермі.

5. Підвищення концентрації свинцю в еякуляті супроводжується зростанням кількості патологічних форм сперматозоїдів. Виявлене активне накопичення свинцю в еякуляті призводить до порушення фертильних властивостей сперми та може бути одним із чинників ризику безпліддя.

6. Встановлено, що для абіотичних металів характерний достовірно більший ІГМ у групі безплідних чоловіків, ніж у групі фертильних чоловіків (p<0,05 для свинцю та p<0,01 для кадмію). І, навпаки, для біотичних металів характерний достовірно менший ІГМ у групі безплідних порівняно з групою фертильних чоловіків (p<0,001 для міді та цинку), причому для цинку ця різниця майже 17 разів.