CHARACTERISTICS OF SERTOLI CELLS REGENERATION IN PRIMARY PREVENTIVE AND THERAPEUTIC ACTION OF LOW-INTENSITY ELECTROMAGNETIC FIELD IN RADIATION CONDITIONS (EXPERIMENTAL STUDY)
Rubrics: SCIENTIFIC LIFE
Authors:
1.
National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology
2.
National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology
3.
National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology
Type:
Article
Pages:
from 72
to 75
Status:
Published
Received:
27.02.2020
Accepted:
27.02.2020
Published:
27.02.2020
Subject area:
616-018
Language:
Russian
Keywords:
intracellular regeneration, low-intensity electromagnetic fields, Sertoli cells, radiation, rats
Abstract (English):
In experiments on nonlinear male rats using transmission electron microscopy it was found that the low-intensity electromagnetic field (EMF) of ultrahigh frequency (microwave) and the magnetic field (MP) of low frequency (LF) used in prevention and treatment modes have a stimulating effect on the processes of intracellular regeneration in Sertoli cells under radiation conditions. Their greatest effect was observed under the action of EMR microwave, which was manifested in adaptive rearrangements development of mitochondria and protein-synthesizing organelles content increase.
In experiments on nonlinear male rats using transmission electron microscopy it was found that the low-intensity electromagnetic field (EMF) of ultrahigh frequency (microwave) and the magnetic field (MP) of low frequency (LF) used in prevention and treatment modes have a stimulating effect on the processes of intracellular regeneration in Sertoli cells under radiation conditions. Their greatest effect was observed under the action of EMR microwave, which was manifested in adaptive rearrangements development of mitochondria and protein-synthesizing organelles content increase.
Keywords:
intracellular regeneration, low-intensity electromagnetic fields, Sertoli cells, radiation, rats
intracellular regeneration, low-intensity electromagnetic fields, Sertoli cells, radiation, rats
Введение Радиация вызывает в клетках и тканях семенников и других органах различные морфофункциональные изменения, связанные, в частности, с нарушением процессов клеточной и внутриклеточной регенерации [1,2]. Для профилактики и лечения этих нарушений целесообразно использовать немедикаментозные лечебные факторы, в том числе низкоинтенсивные электромагнитные излучения (ЭМИ) сверхвысокой частоты (СВЧ) и магнитные поля (МП) низкой частоты (НЧ), которые обладают регенеративным, антиоксидантным и мембраностабилизирующим действием [3-6]. В этой связи представляется важным выяснить в какой мере эти факторы, используемые в режиме профилактики и лечения, будут различаться по своему действию на механизмы регенерации в клетках Сертоли, выполняющих важнейшие функции по обеспечению процессов сперматогенеза [7]. Применение метода трансмиссионной электронной микроскопии позволит оценить характер изменений внутриклеточной регенерации этих клеток по состоянию их важнейших органелл - митохондрий и белоксинтезирующих структур. Цель исследования. Выявить особенности первично-профилактического и лечебного действия ЭМИ СВЧ и МП НЧ на развитие процессов регенерации в клетках Сертоли при радиации. Материалы и методы исследования Эксперименты были проведены на 40 белых крысах-самцах массой 180-200г. Животные содержались в обычных условиях вивария и свободного доступа к воде и пище. Исследования осуществляли в соответствии с правилами работ с использованием экспериментальных животных (приказ Минздрава СССР от 12.08.77г. № 755) и требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (Страсбург, 1986). Все крысы были разделены на следующие группы: 1-я группа (опытная ) - предварительное применение ЭМИ СВЧ с последующим воздействием радиации; 2-я группа (опытная) - предварительное применение МП НЧ с последующим воздействием радиации; 3-я группа (контроль к 1-ой и 2-ой группам) - применение ложных процедур (без включение аппарата ) и воздействие радиации; 4-я группа (опытная) - воздействие радиации с последующим применением ЭМИ СВЧ; 5-я группа (опытная) - воздействие радиации с последующим применением МП НЧ; 6-я группа - (контроль к 4-ой и 5-ой группам) - воздействие радиации и ложных процедур; кроме того, отдельные 2 группы составляли интактные животные, которые никаким воздействиям не подвергались. Воздействие низкоинтенсивным ЭМИ СВЧ (курс 10 процедур) проводили на поясничную область в зоне проекции надпочечников с помощью аппарата Акватон-2 (плотность потока мощности 1 мкВт/см , частота около 1000МГц, время воздействия 2 минуты). Воздействие низкоинтенсивным МП НЧ также осуществляли на зону проекции надпочечников с помощью аппарата МУМ-50 ЭДМА (постоянное и переменное МП 50 Гц с магнитной индукцией 35 мТл, время воздействия 2 минуты). Животных опытных и контрольных групп облучали с помощью аппарата АГАТ-Р (ФГБУ «Российский онкологический центр им. Н.Н.Блохина» Минздрава России) гамма-лучами 60Со в дозе 2 Гр. После профилактических воздействий ЭМИ СВЧ и МП НЧ забой животных проводили на следующий день после радиации; лечебные воздействия ЭМИ СВЧ и МП НЧ начинали проводить через 21 день после радиации. Забой животных осуществляли методом декапитации на следующий день после окончания процедур. Для электронно-микроскопических исследований семенники фиксировали в 4% параформальдегиде, приготовленном на фосфатном буфере (рН 7,4), постфиксировали в 1% ОsО4.. После обезвоживания образцы заключали в смесь эпон-аралдит. Исследование образцов проводили на электронном микроскопе Libra 120 (Германия) с программой Carl Zeiss STM Nano Technology system Division, которая включает в себя математическую обработку внутриклеточных структур. На ультраструктурном уровне проводили морфометрический анализ митохондрий в клетках Сертоли (количество, средняя и суммарная площади), а также подсчитывали число клеток Сертоли с различным уровнем содержания белоксинтезирующих органелл - гранулярной эндоплазматической сети, рибосом и полисом. Статистическую обработку полученных данных проводили с использование парного t-критерия Стьюдента, различия между выборками считали статистически достоверными при р<0,05. Результаты исследования и их обсуждение После радиационного облучения у животных контрольных групп обнаруживались нарушения процессов микроциркуляции в гемотестикулярном барьере и явления деструкции сперматогенного эпителия. При этом в клетках Сертоли выявлялись локальные просветления и явления отечности цитоплазмы, фрагментация и расширение профилей гранулярной эндоплазматической сети, снижение содержания рибосом и полисом. Митохондрии становились более мелкими по своим размерам, в некоторых из них выявлялись просветления матрикса или очаговый лизис крист. Морфометрический анализ показал, что количество митохондрий достоверно не изменялось, но их средняя площадь уменьшалась в пределах 25,0 - 33,3% (р<0,01), что приводило к снижению суммарной площади митохондрий на 20,7- 40,3% (р<0,01), (таблица). Эти данные свидетельствовали о нарушении процессов внутриклеточной регенерации и об ослаблении биоэнергетического и пластического обеспечения клеток Сертоли после действия радиации. В условиях первичной профилактики применение ЭМИ СВЧ и МП НЧ снижало выраженность ультраструктурных нарушений и усиливало процессы внутриклеточной регенерации. При этом наблюдались характерные особенности в развитии внутриклеточной регенерации, которые проявлялись в зависимости от действующего фактора и исходного состояния организма, что особенно наглядно обнаруживалось в изменениях митохондриального компартмента. При применении МП НЧ наиболее выраженный сдвиг проявлялся в виде увеличения количества митохондрий (на 38,4%, р<0,01) (таблица), которое в сочетании с повышением средней площади приводило к увеличению суммарной площади митохондрий. Для действия ЭМИ СВЧ, наоборот, характерным являлось снижение числа митохондрий (на 32,3%, р<0,01, что происходило, видимо, в результате их слияния), а также выраженное увеличение средней площади митохондрий более чем в 1,5 раза (р<0,01), которое сочеталось с явлениями гиперплазии крист. Такие крупные митохондрии становились более мощными в структурном и функциональном отношении и повышали устойчивость клеточных структур к действию радиации. В связи с указанными изменениями значительно возрастала суммарная площадь (масса) митохондрий, при этом она превышала данные контроля, эффекты действия МП НЧ и уровень интактных животных. Из полученных данных следует, что при профилактическом действии МП НЧ регенерация митохондрий осуществлялась преимущественно на органоидном уровне (увеличение числа митохондрий), тогда как при применении ЭМИ СВЧ - на внутриорганоидном (увеличение средней площади, числа крист и других внутримитохондриальных структур). Следует также отметить, что на фоне усиления биоэнергетики выявлялись также признаки активации пластического обеспечения, что проявлялось в увеличении численности клеток с повышенным содержанием рибосом и полисом (табл.1). Таблица 1. Морфометрическая характеристика митохондрий клеток Сертоли при первично-профилактическом и лечебном действии ЭМИ СВЧ и МП НЧ в условиях радиационного облучения Группы животных Количество митохондрий (п) на на стандартную площадь клетки Средняя площадь митохондрий (мкм2 ) Суммарная площадь митохондрий (мкм2 ) Первично-профилактическое действие Интактная 7,37±0,56 0,33±0,012 2,48±0,19 Контроль 6,62±0,34 0,22±0,011+ 1,48±0,09+ МП НЧ 9,16±0,59* 0,27±0,012* 2,13±0,13* ЭМИ СВЧ 4,48±0,26*º 0,57±0,020*o 2,54±0,14* Лечебное действие Интактная 6,09±0,32 0,40±0,03 2,42±0,12 Контроль 6,38±0,41 0,30±0,02+ 1,92±0,12+ МП НЧ 10,06±0,52* 0,24±0,01 2,46±0,10* ЭМИ СВЧ 8,57±0,62* 0,36±0,03*º 3,13±0,16 *º Примечание: +р<0,01 по сравнению с интактной группой, *р<0,01 по сравнению с контрольной группой, р<0,01 сравнение между опытными группами При лечебном применении ЭМИ СВЧ и МП НЧ на фоне ослабления явлений деструкции выявлялась та же общая закономерность в развитии регенеративных сдвигов, что и при первично-профилактическом использовании этих факторов, а различия обнаруживались в основном в степени их выраженности. Особенностью действия МП НЧ являлось еще более выраженное увеличение численности митохондрий (на 57,7%, р<0,01), которые становились самыми мелкими по своим размерам среди всех групп животных (таблица). В отличие от МП НЧ при действии ЭМИ СВЧ вновь усиливался тот же механизм внутримитохондриальной гиперплазии крист, приводящий к увеличению численности крист и средней площади митохондрий (на 20,0%, р<0,01). Однако в условиях дезадаптации и нарушенной регенерации, число митохондрий не снижалось как при первичной профилактике, а, наоборот, повышалось (на 34,3%, р<0,01). Эти сдвиги приводили к наиболее выраженному увеличению суммарной площади митохондрий (таблица), которое было обусловлено стимуляцией обоих форм регенерации (органоидной и внутриорганоидной). Кроме того, при действии этого фактора во многих клетках чаще наблюдались явления гиперплазии белоксинтезирующих органелл: число клеток с высоким содержанием гранулярной эндоплазматической сети составляло 21,4%, в контроле - 2,3%, у интактных животных - 11,8%; число клеток с высоким содержанием рибосом и полисом составляло 20,9%, в контроле 4,5%, у интактных животных - 14,7%. В отдельных клетках гранулярная эндоплазматическая сеть имела удлиненные профили, что является характерным признаком их новообразования. Заключение Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что низкоинтенсивные ЭМИ СВЧ и МП НЧ, используемые как в режиме первичной профилактики, так и лечебного действия, оказывают активирующее действие на процессы внутриклеточной регенерации в клетках Сертоли в условиях радиации. Наибольшая их выраженность отмечалось при действии ЭМИ СВЧ, что отчетливо проявлялось в развитии адаптационных перестроек митохондрий и увеличении содержания белоксинтезирующих органелл. Выявленные внутриклеточные регенеративные эффекты осуществлялись, видимо, в первую очередь через механизмы общей нейро-эндокринной регуляции, в том числе через стероидные гормоны надпочечников, которые непосредственно подвергались действию исследованных факторов. Кроме того, усиление интенсивности внутриклеточной регенерации могло быть также следствием конформационных перестроек биомембран клеток, что способствовало развитию антиоксидантной и мембраностабилизирующей их активности [8]. Можно полагать, что формирование и укрепление этих общих и местных регуляторных механизмов в большей мере происходило при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ, что проявлялось выраженным развитием регенераторно-гиперпластических реакций в клетках Сертоли и повышением адаптивных возможностей организма. Вывод Результаты проведенного электронно-микроскопического исследования свидетельствуют о перспективности дальнейшего изучения механизмов действия указанных факторов, особенно низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ, как при первичной профилактике, так и при лечебном применения в условиях радиации.
1. Korolev Yu.N., Geniatulina M.S., Nikulina L.A., Mihaylik L.V. Vnutrikletochnaya regeneraciya adrenokortikocitov pri profilakticheskom primenenii nizkointensivnyh elektromagnitnyh izlucheniy v usloviyah radiacii (eksperimental'noe issledovanie) // Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoy fizicheskoy kul'tury. - 2019 - №1 - str. 43-49.
2. Korolev Yu.N., Mihaylik L.V., Nikulina L.A., Geniatulina L.A. Osobennosti razvitiya metabolicheskih i regenerativnyh processov pri deystvii nizkointensivnyh elektromagnitnyh izlucheniy v usloviyah radiacionnogo oblucheniya (eksperimental'noe issledovanie). // Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoy fizicheskoy kul'tury. - 2017 - №4 - str. 54-58.
3. Korolev Yu.N., Mihaylik L.V., Nikulina L.A. Vliyanie nizkointensivnogo elektromagnitnogo izlucheniya na strukturno-metabolicheskie processy u zdorovyh krys // Vestnik vosstanovitel'ny mediciny. - 2019 - №6 - str. 60-62.
4. Bobrovnickiy I.P., Nagornev M.Yu., Yakovlev M.Yu., Shashlov S.V. Avtomatizirovannyy monitoring funkcional'nyh rezervov organizma i korrekciya biologicheskogo vozrasta v obespechenii zdorovogo aktivnogo dolgoletiya cheloveka // Vestnik vosstanovitel'noy mediciny. - 2016 - №1 - str. 65-68.
5. Geniatulina M.S., Korolev Yu.N., Nikulina L.A. Ul'trastruktura kletok Leydiga pri deystvii mineral'noy vody i nizkointensivnogo elektromagnitnogo izlucheniya v usloviyah stressa u krys // Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoy fizicheskoy kul'tury. - 2016 - №5 - str. 34-37.
6. Korolev Yu.N., Bobrovnickiy I.P., Geniatulina M.S., Nikulina L.A., Mihaylik L.V. Ul'trastruktura kletok Sertoli i spermatogoniev pri lechebno-profilakticheskom primenenii nizkointensivnyh elektromagnitnyh izlucheniy v usloviyah radiacionnogo oblucheniya krys. // Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoy fizicheskoy kul'tury. - 2018 - №1(95) - str. 35-40.
7. Yena S.S.K., Dzhaffe R.B. Reproduktivnaya endokrinologiya. // Per s angl. Moskva, - 1998 - T.1 - str. 701.
8. Zubkova S.M. Sravnitel'nyy analiz biologicheskogo deystviya mikrovoln i lazernogo izlucheniya // Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoy fizicheskoy kul'tury. - 1996 - №6(73) - str. 31-34.
