PREVENTION OF POSTRADIATIONAL DISORDERS IN THE TESTES OF RATS WITH THE USE OF MAGNETIC FIELD
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 104
to 108
Status:
Published
Received:
27.04.2021
Accepted:
27.04.2021
Published:
27.04.2021
Subject area:
UDK 611.08 Эксперименты. Исследования. Наблюдения
Language:
Russian
Keywords:
profilaktika, radiaciya, nizkochastotnoe magnitnoe pole, semenniki krys, spermatogonii, kletki Sertoli
Abstract (English):
The action effects of the low-intensity low-frequency magnetic field (LMF) are mainly studied in its therapeutic use and to a much lesser extent in the mode of primary prevention. The aim. To identify adaptive metabolic and ultrastructural changes in the testes of rats under the preventive action of LMF under radiation conditions. Materials and methods. The experiments were carried out on 28 mature non-linear male rats weighing 180-200 g. The animals were divided into 3 groups: in the experimental group, the animals received a course of LMF procedures followed by radiation exposure; in the control group, the animals were subjected only to radiation exposure; in the intact group, the animals were not exposed to any effects. The animals were slaughtered the day after the radiation exposure. The research methods were used: biochemical (to determine the content of RNA, DNA, antioxidant activity of the testes), light - optical (to count the number of convoluted seminiferous tubule -CST, exfoliated cells, spermatogonia, to determine the index of spermatogenesis); transmission electron microscopy; morphometric analysis of mitochondria (number, average and total area). Results. The preventive effect of LMF enhanced the adaptive capabilities of the body and increased the resistance of the testes to the effects of radiation. This was manifested in an increase in the power of the antioxidant system, activation of the cellular and intracellular regeneration processes, and a decrease in the permeability of the structures of the CST's own shell. Conclusion. The obtained data substantiate the possibility of using LMF as a means of protecting the organs of the reproductive system in the complex prevention of the body under the influence of radiation.
The action effects of the low-intensity low-frequency magnetic field (LMF) are mainly studied in its therapeutic use and to a much lesser extent in the mode of primary prevention. The aim. To identify adaptive metabolic and ultrastructural changes in the testes of rats under the preventive action of LMF under radiation conditions. Materials and methods. The experiments were carried out on 28 mature non-linear male rats weighing 180-200 g. The animals were divided into 3 groups: in the experimental group, the animals received a course of LMF procedures followed by radiation exposure; in the control group, the animals were subjected only to radiation exposure; in the intact group, the animals were not exposed to any effects. The animals were slaughtered the day after the radiation exposure. The research methods were used: biochemical (to determine the content of RNA, DNA, antioxidant activity of the testes), light - optical (to count the number of convoluted seminiferous tubule -CST, exfoliated cells, spermatogonia, to determine the index of spermatogenesis); transmission electron microscopy; morphometric analysis of mitochondria (number, average and total area). Results. The preventive effect of LMF enhanced the adaptive capabilities of the body and increased the resistance of the testes to the effects of radiation. This was manifested in an increase in the power of the antioxidant system, activation of the cellular and intracellular regeneration processes, and a decrease in the permeability of the structures of the CST's own shell. Conclusion. The obtained data substantiate the possibility of using LMF as a means of protecting the organs of the reproductive system in the complex prevention of the body under the influence of radiation.
Keywords:
profilaktika, radiaciya, nizkochastotnoe magnitnoe pole, semenniki krys, spermatogonii, kletki Sertoli
profilaktika, radiaciya, nizkochastotnoe magnitnoe pole, semenniki krys, spermatogonii, kletki Sertoli
К настоящему времени накоплен большой опыт применения низкоинтенсивного низкочастотного магнитного поля (НМП) в лечении и реабилитации больных. Установлено, в частности, что низкочастотное магнитное поле способно вызвать мягкую активацию функции коры надпочечников, повысить уровень метаболических процессов и иммунологическую реактивность, улучшить микроциркуляцию, стимулировать процессы регенерации. Кроме того, этот фактор имеет небольшое число противопоказаний, при этом практически отсутствуют побочные эффекты [1-5]. Благодаря указанным свойствам, НМП может повысить устойчивость механизмов адаптации в организме, что весьма важно в профилактике нарушений при действии различных повреждающих факторов, в том числе ионизирующей радиации [6, 7]. Вместе с тем. профилактические эффекты НМП, в отличие от лечебного действия, изучены еще недостаточно. В этой связи представляется целесообразным изучить в эксперименте особенности профилактического действия НМП на семенники, которые имеют повышенную чувствительность к радиационному облучению. Цель исследования Выявить адаптационные метаболические и ультраструктурные сдвиги в семенниках крыс при профилактическом действии НМП в условиях радиации. Материалы и методы исследования Эксперименты проведены на 28 половозрелых нелинейных крысах-самцах массой 180-200 г. Животные были разделили на 3 группы: В опытной группе животные получали курс НМП с последующим радиационным облучением; в контрольной группе животных подвергали мнимому воздействию НМП (аппарат не включали) с последующим радиационным облучением; в интактной группе животные никаким воздействиям не подвергались. Исследования осуществляли в соответствии с правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных (приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08 1997 г. № 755) и требований Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (Страсбург, 1986г.) НМП воздействовали на область проекции надпочечников с помощью аппарата МУМ-50 «ЭДМА» (ПМП и ПеМП 50 Гц с магнитной индукцией 35мТл, время воздействия 2 минуты), курс 10 процедур. После окончания курса НМП животных опытной и контрольной групп подвергали радиационному облучению на аппарате «АГАТ-Р (Онкологический научный центр им. Н.Н.Блохина) гамма-лучами 60Со в дозе 2 Гр. Забой животных осуществляли на следующий день после радиационного воздействия. Объектом исследования являлись семенники. Для исследования антиоксидантной активности (АОА) использовали модельную систему в виде суспензии липопротеидов желтка куриного яйца [8]. Содержание рибонуклеиновых кислот (РНК и ДНК) определяли двухволновым спектрофотометрическим методом в модификации [9]. Для светооптических исследований семенники фиксировали в жидкости Буэна. На препаратах в окраске гематоксилин с эозином подсчитывали количество извитых семенных канальцев (ИСК) с различным числом генераций половых клеток (от 4 до 0) и количество слущенных клеток в просвет семенного канальца по общепринятой методике [10]. 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 и сперматогониях (количество, средняя и суммарная площади). Статистическую значимость различий оценивали с использованием t-критерия Стьюдента. Результаты исследования У животных контрольной группы радиационное облучение вызывало в семенниках крыс уменьшение числа ИСК с 4 генерациями половых клеток, развитие деструктивных процессов на клеточном и субклеточном уровнях, уменьшение числа сперматогоний, усиление слущивания клеток в просвет канальцев, снижение индекса сперматогенеза, подавление АОА (на 36,0%, р<0,01), уменьшение содержания РНК (на 23,0%, р< 0,01) и ДНК (на 26,7%, р< 0,01). Обнаруживались также нарушения процессов микроциркуляции в барьерной системе семенников: собственная оболочка ИСК, которая является частью гематотестикулярного барьера, местами выглядела набухшей, при этом изменялась толщина и электронная плотность базальной мембраны. При развитии отека нарушались контакты между базальной мембраной и прилежащими к ней клетками, расширялись межклеточные пространства. Обнаруживались явления отека и в самих клетках (сперматогонии, клетки Сертоли), при этом происходило выраженное просветление их цитоплазмы. Все эти изменения нарушали взаимосвязь между клетками и их внутриклеточными органеллами. Выявленные сдвиги свидетельствовали о развитии отчетливых структурно-метаболических нарушений и ослаблении адаптационно-защитных реакций в семенниках крыс при действии радиации. У животных опытной группы профилактическое применение НМП ослабляло выраженность пострадиационных нарушений и приводило к усилению метаболических и регенеративных процессов. Среди метаболических сдвигов характерным для действия НМП являлось усиление активности системы антиоксидантной защиты: по сравнению с контролем АОА повышалась на 45,4% (р< 0,01). Активация белоксинтезирующих реакций была выражена менее отчетливо: содержание ДНК возрастало на 16,7% (р < 0,01), а содержание РНК проявляло тенденцию к увеличению. В клетках сперматогенного ряда в целом отмечался более низкий уровень деструктивных процессов по сравнению с контролем. При этом происходило повышение числа ИСК с 4-я генерациями клеток ( на 35,4%, р< 0,01) и уменьшение числа ИСК с 3-я генерациями, что свидетельствовало об улучшении процессов спермиогенеза. Замедлялось слущивание клеток. Важно также отметить, что при действии НМП возрастала численность сперматогоний (на 11,9%, р < 0,01), которые являются стволовыми/ прогениторными клетками, дающими начало процессам сперматогенеза. Выявленные благоприятные сдвиги в сперматогенном эпителии отразились на достоверном повышении индекса сперматогенеза (р < 0,05) (табл. 1, рис. 1) Таблица 1. Морфометрические показатели семенников крыс при профилактическом действии НМП в условиях радиационного облучения Table 1. Morphometric parameters of rat testes under the preventive action of NMP under radiation exposure Группы животных/ Animal groups ИСК % / CLAIM % Индекс cперматогенеза / Index of spermatogenesis Количество сперматогоний (n) / Sperm count (n) 4 генерации половых клеток / 4 generation of germ cells 3 генерации половых клеток / 3 generation of germ cells Слущивание / Exfoliating Интактная/ Intakt 63,7±3,4 36,3±3,4 8,0±7,6 3,64±0,03 13,10±0,25 Контрольная (радиация) / Control (radiation) 39,0±9,2++ 61,0±9,2++ 18,3±1,8 3,42±0,08+ 10,20±0,21++ НМП + радиация / NMP + radiation 52,8±3,9** 47,2±3,9** 8,8±4,67 3,53±0,04* 12,14±0,52** Примечание: + р<0,05, ++ р<0,01 по сравнению с интактной группой; * р<0,05, ** р<0,01 по сравнению с контрольной группой Note: + p<0,05, ++ p<0,01 compared to the intact group; * p<0,05, * * p<0,01 compared to the control group Рис. 1. Морфометрические показатели семенников крыс при профилактическом действии НМП в условиях радиационного облучения. Светлые столбики - контроль, темные - НМП: 1-4 генерации половых клеток, 2-3 генерации половых клеток, 3 - слущивание,4 - индекс сперматогенеза, 5 - количество сперматогоний; + р<0,05, ++ р<0,01 по сравнению с интактной группой, * р<0,05, ** р<0,01 по сравнению с контрольной группой Fig. 1. Morphometric parameters of rat testes under the preventive action of NMP under radiation exposure. Light columns-control, dark-NMP: 1 - 4 generation of germ cells, 2 - 3 generation of germ cells, 3-exfoliation, 4 - index of spermatogenesis, 5-number of spermatogonies; + p<0.05, ++ p<0,01 compared to the intact group, * p<0,05, * * p<0,01 compared to the control group На ультраструктурном уровне в сперматогониях отмечалось усиление процессов внутриклеточной регенерации, что проявлялось, в основном, в увеличении численности митохондрий, а также рибосом и полисом. Еще более выраженное усиление процессов внутриклеточной регенерации происходило в клетках Сертоли, которые выполняют важнейшие функции в развитии и обеспечении процессов сперматогенеза. В этих клетках, как и в сперматогониях, в наибольшей степени возрастала численность митохондрий (на 37,4 %, р < 0,01), при этом повышалась также их средняя и суммарная площади (табл. 2, рис. 2). Таблица 2. Морфометрическая характеристика митохондрий клеток Сертоли при профилактическом действии НМП в условиях радиационного облучения Table 2. Morphometric characteristics of cell mitochondria Sertoli with the preventive effect of LMF in the conditions of radiation exposure Группы / Животных Animal groups Количество (п) на стандартную площадь клетки / Quantity (n) per standard cell area Средняя площадь (мкм2 ) / Average area (mm2 ) Суммарная площадь (мкм2 ) / Total area (mm2 ) Интактная / Intact 7,37±0,56 0,33±0,012 2,48±0,19 Контрольная радиация / Control radiation ) 6,62±0,34 0,22±0,011+ 1,48±0,09+ НМП + радиация / LMF+radiation 9,16±0,59* 0,27±0,012* 2,13±0,13* Примечание: +р<0,01 по сравнению с интактной группой, *р<0,01 по сравнению с контрольной группой Note: +p<0,01 compared to the intact group, *p<0,01 compared to the control group Рис. 2. Морфометрическая характеристика митохондрий клеток Сертоли при профилактическом действии НМП в условиях радиационного облучения. Светлые столбики-контроль, темные-НМП, +р<0,01 по сравнению с интактной группой, *р<0,01 по сравнению с контрольной группой Fig. 2. Morphometric characteristics of Sertoli cell mitochondria under the preventive action of LMF under radiation exposure. Light bars-control, dark-NMP, +p<0.01 compared to the intact group, *p<0,01 compared to the control group Местами выявлялась хорошо развитая гранулярная эндоплазматическая сеть и ее связь с митохондриями, что может свидетельствовать об усилении белоксинтезирующих процессов. При действии НМП по сравнению с контролем отмечалась лучшая сохранность структур собственной оболочки ИСК, при этом признаки отека и увеличение общей ее толщины встречались только в отдельных случаях. Лучше сохранялась и базальная мембрана - неравномерная толщина и разрыхление ее структуры определялись значительно реже и в более слабой степени. Межклеточные и внутриклеточные отеки также не имели выраженного развития. Кроме того, в отдельных миоидных клетках, входящих в состав собственной оболочки ИСК, обнаруживались признаки активации пластических (регенеративных) процессов, которые проявлялись в виде повышения содержания свободных рибосом и гранулярной эндоплазматической сети. Это является свидетельством развития адаптационно-защитных реакций в барьерной системе семенников. В целом, выявленные в опытной группе животных сдвиги указывали на повышение резистентности структур собственной оболочки ИСК и улучшение процессов микроциркуляци по сравнению с контролем. Заключение Таким образом, профилактическое действие НМП усиливало адаптационные возможности организма и повышало устойчивость семенников к действию радиации. Это проявлялось, в первую очередь, в усилении мощности защитной антиоксидантной системы, а также в активации и перестройке процессов клеточной и внутриклеточной регенерации в сперматогенном эпителии и клетках Сертоли. Можно полагать, что развитие адаптационных изменений в этих клетках при профилактическом действии НМП было тесно связано с повышением устойчивости различных структур гематотестикулярного барьера и улучшением процессов микроциркуляции. Реализация этих эффектов, по-видимому, осуществлялась, в основном, через общие и местные нейроэндокринные и гуморальные механизмы регуляции с усилением антиоксидантной и мембраностабилизирующей функций организма. Полученные данные обосновывают возможность применения НМП в качестве средства защиты органов репродуктивной системы в комплексной профилактике организма при действии радиации.
1. Gerasimenko M.Yu., Evstigneeva I.S., Kulikov A.G., Strazhev S.V. Primenenie obschey magnitoterapii i preryvistoy pnevmokompressii v rannem posleoperacionnom periode u pacientov posle radikal'noy mastektomii. Vestnik vosstanovitel'noy mediciny. 2018; 88(6): 85-90.
2. Korzhakova Yu.U., Chervyakov A.E., Poydasheva A.G., Peresedova A.V., Chernekova L.A., SuponevaN.A., Piradov M.A. Transkranial'naya magnitnaya stimulyaciya v lechenii spastichnosti. Vestnik vosstanovitel'noy mediciny. 2014; 59 (1): 80-87.
3. Aretinskiy V.B., Isupov A.B. Ocenka vliyaniya magnitoterapii na pokazateli gemodinamiki pacientov zrelogo vozrasta. Vestnik vosstanovitel'noy mediciny. 2012; 50(4): 51-54.
4. Bagnato G.L., Miceli G., Marino N. et al. Pulsed electromagnetic field on knee osteoarthritis: a double blind, placebo -controlled, randomized clinical trial. Rheumatology. 2016; 55(4): 755-762. http://doi.org/10.1093/rheumatology/kev426
5. Li S., Yu B., Zhou D. et al. Electromagnetic fields for treatment osteoarthritis. Cochrane Database of Systematic Reviews. 2013; (12): CD003523. http://doi.org/10.1002/14651858
6. Skurihina L.A., Shishlo M.A. Magnitoterapiya. Kurortologiya i fizioterapiya. M. Medicina. 1985; (1): 471-484.
7. Korolev Yu.N., Mihaylik L.V., Nikulina L.A., Geniatulina M.S. 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): 54-58. http://doi.org/10.17116/kurort201794454-58
8. Klebanov G.I., Babenkov I.V., Teselkin Yu.O. Ocenka antiokislitel'noy aktivnosti plazmy krovi s primeneniem zheltochnyh lipoproteidov. Laboratornoe delo. 1977; (5): 59-62.
9. Doson R., Elliot D., Elliot U., Dzhons K. Spravochnik biohimika. M. Mir. 1991: 540 s.
10. Uhov Yu.I., Astrahancev A.F. Morfologicheskie metody v ocenke funkcional'nogo sostoyaniya semennikov. Arhiv anatomii, gistologii i embriologii. 1983; 84(3): 66-72.
