Изменение морфологических и морфометрических показателей репродуктивной системы самцов животных после электромагнитного воздействия в диапазоне мобильной связи

 

Первые публикации, в которых анализировалось состояние репродуктивной системы крыс-самцов линии Вистар при облучении от мобильного телефона, появились еще в 1999 г. [164, 165]. В одной из них две группы животных подвергались облучению сотовым телефоном при 890–915 МГц в течение месяца по 2 ч/день (SAR – 0,141 Вт/кг). В первой группе животных экспозиция от сотового телефона была в режиме ожидания (standby), во второй – в режиме речи (3 раза каждую 1 мин в течение 2 ч). Установлено, что у животных, получивших облучение от мобильного телефона в режиме разговора, произошло незначительное уменьшение количества эпидидимальных сперматозоидов, но различий в количестве нормальных и патологических форм сперматозоидов не наблюдалось. В семенниках крыс обеих групп, которые подвергались воздействию, были также обнаружены изменения, но более значительными они оказались в группе животных, которые облучались от мобильного телефона в режиме разговора. У облученных животных выявлялось снижение диаметра семенных канальцев по сравнению с необлученными (контрольными) крысами [164].

В другой публикации при несколько других условиях эксперимента было подтверждено влияние ЭМИ от мобильного телефона на репродуктивную систему самцов. У крыс Sprague-Dawley которых подвергали облучению 1 ч/день на протяжении 13, 26, 39 или 52 дней (945 МГц, SAR – 1,8 Вт/кг, ППЭ – 2,65 мВт/cм2), наблюдалось изменение массы семенников и эпидидимисов и структуры тестикулярной ткани, количества сперматозоидов, выделенных из эпидидимиса и их морфологии, степень которых зависела от длительности воздействия [165].

Однако, продолжая эти исследования, установлено, что облучение крыс-самцов Sprague-Dawley ежедневно в течение 1 мес по 20 мин/день (890–915 МГц, средняя мощность излучения -250 мВт, SAR – 0,52 Вт/кг) не вызывало статистически значимых различий в таких показателях, как количество спермы, морфология клеток, структура ткани семенника [166].

Отсутствие нарушений в репродуктивной системе самцов крыс и мышей при экспозиции от 849 до 1850 МГц различной продолжительности также установлено и в других работах.

При облучении самцов мышей линии NRMI микроволновым излучением стандарта GSM с частотой 1800 МГц при удельном коэффициенте поглощения всем телом 0,018-0,023 Вт/кг (10 раз по 2 ч/день на протяжении 2 нед) морфологических изменений в семенниках, эпидидимисе и простате не было обнаружено [167, 168].

При оценке состояния семенников мышей СD-1 Swiss после облучения в течение 7 дней по 12 ч ежедневно при частоте излучения 900 МГц (удельный коэффициент поглощения – 90 мВт/кг, ППЭ – 19 Вт/м2) не было выявлено отклонений в количестве, подвижности и морфологии сперматозоидов [169].

При изучении эффектов субхронического облучения радиочастотами, излучаемыми сотовым телефоном (1,835-1,85 ГГц, 1 ч ежедневно на протяжении 11 нед), не было выявлено статистически значимых различий между такими показателями репродуктивной системы, как масса семенников и эпидидимисов, количество сперматозоидов в эпидидимисе, структура тестикулярной ткани крыс Вистар [170].

При облучении крыс Sprague-Dawley сотовым телефоном в режиме стандарта СDМА (848,5 МГц, средняя величина SAR -2,0 Вт/кг) в течение 12 нед, состоящем из двух периодов экспозиции по 45 мин каждая, отделенных 15-минутным интервалом, изучали такие показатели, как количество клеток в эпидидимисе, число сперматогенных клеток на отдельных этапах сперматогенеза. Результаты исследований показывают, что субхроническое облучение ЭМИ не вызывает негативных эффектов в репродуктивной системе самцов крыс [171].

Не было выявлено заметных вредных эффектов на репродуктивную систему самцов крыс Sprague-Dawley после экспозиции в режимах стандарта СDМА (845,5 МГц) и WСDМА (1950 МГц) 45 мин/день, 5 дней в неделю в течение 12 мес, SAR – 2,0 Вт/кг в отдельности и суммарно 4,0 Вт/кг. У облученных животных не отмечалось изменений в количестве эпидидимальных сперматозоидов, нарушений в процессе сперматогенеза, апоптозе сперматогенных клеток и ряде других показателей [172].

Отсутствие нарушений в структуре ткани семенника, количественных и качественных характеристик сперматозоидов, выделенных из эпидидимиса облученных крыс (915 МГц, на протяжении 2 нед ежедневно в течение 1 ч при ППЭ 2,4 Вт/м2 и уровне SAR 0,6 Вт/кг), установлено в работе [173].

Однако в большинстве исследований выявлены те или иные изменения структуры тестикулярной ткани, сперматогенеза и свойств сперматозоидов у животных, подвергнутых воздействию ЭМИ в указанном диапазоне.

Так, при длительном облучении крыс Вистар генератором GSM один год при экспозиции 3 ч/день (900 МГц, SAR – 0,0623, 0,0445 и 0,0373 Вт/кг) изменений в количестве спермы и подвижности сперматозоидов не наблюдается. Однако у облученных животных выявляется более высокое количество морфологически нормальных сперматозоидов, так же как и более высокие показатели диаметра семенных канальцев и толщины белочной оболочки семенников. Авторы заключают, что длительная экспозиция изменяет некоторые показатели репродуктивной системы [174]. В этом случае, вероятно, можно говорить о гипертрофии ряда показателей репродуктивной системы животных после длительного электромагнитного воздействия.

О снижении диаметра извитых семенных канальцев, средней высоты зародышевого эпителия крыс Sprague-Dawley (исходный возраст 5 мес) после воздействия ЭМП сотового телефона (900 МГц, 4 нед, 30 мин/день, 5 дней в неделю) сообщается в работе [175]. В то же время авторы не нашли существенных различий в массе семенников, соотношении тестикулярной и интерстициальной ткани контрольных и облученных животных (табл. 3.4). Авторы сделали вывод о том, что действие ЭМП (900 МГц) при указанных условиях не оказывает влияния на сперматогенез, но вызывает биологические эффекты в семенниках, вероятно, за счет изменения эндокринной регуляции, что подтверждается данными о содержании ряда гормонов (см. подпараграф 3.2.3).

 

Таблица 3.4. Влияние излучения ЭМП диапазона мобильной связи (900 МГц) на семенники крыс Sprague-Dawley [175]

* Достоверно при Р < 0,05.

 

Морфологические изменения в семенниках крыс Вистар, вызванные излучением мобильного телефона, выявили у животных, которых облучали по 30 и 60 мин/день соответственно на протяжении 90 дней. Облучение 60 мин/день вызывало снижение интенсивности сперматогенеза на 18,75 % и задержку созревания половых клеток по сравнению с контролем. В то же время не было установлено значительных различий в структуре ткани семенника после облучения в течение 3 месяцев по 30 мин в день по сравнению с животными контрольной группы. Гипосперматогенез и задержка созревания сперматозоидов, несомненно, вызваны действием длительной экспозиции от мобильного телефона на сперматогенный эпителий крыс [176].

Экспозиция крыс Вистар-Киото (1800 МГц, SAR – 1,58 Вт/кг, в течение 3 мес) не вызвала значительных различий в массе семенников, диаметре извитых семенных канальцев и структуре тестикулярной ткани по сравнению с необлученными животными. Электронно-микроскопический анализ ткани семенника выявил, что у облученных животных мембрана клеток становится тоньше, происходит увеличение коллагеновых волокон и количества венозных капилляров, в клетках Сертоли выявляется вакуолизация цитоплазмы, наблюдается увеличение электронно-плотных структур и появляется большое число капелек липидов [177].

Восьмичасовая электромагнитная экспозиция крыс Вистар в течение 14 и 21 дня при 915 МГц, ППЭ 1,6 мВт/см2 и при 950 МГц, 14 дней, ППЭ 1,6 мВт/см2 показала отсутствие изменений в количестве и морфологии клеток спермы. Однако жизнеспособность, подвижность и антиоксидантная активность сперматозоидов крыс во всех облучаемых группах были значительно ниже по сравнению с интактным контролем. Более продолжительное воздействие (21 день) вызывало более значительное снижение подвижности сперматозоидов по сравнению с 14-дневным облучением [178].

Оценивая эффекты электромагнитного излучения на половые клетки быка in vitro при 1800 МГц после 120 и 420 мин культивирования in vitro, установили достоверное снижение прогрессивной подвижности сперматозоидов, которое зависело от времени воздействия [179].

У крыс-самцов Вистар, облученных при 1000 МГц по 2 ч/день в течение 45 дней, отмечается снижение массы семенников, редукция диаметра семенных извитых канальцев [180].

Значительный интерес представляют данные, полученные в исследовании [181]. Авторы изучали влияние длительного излучения (6 мес) от ЭМП базовой станции мобильной связи сети GSM (700 мВт/м, 0,001 В/м2) на индукцию нарушений головки сперматозоидов у белых мышей, которые были размещены на расстоянии 300 м от станции (контроль), в районе рабочего комплекса и квартале проживания. Было установлено, что спонтанный уровень аномалий головок сперматозоидов в контроле составляет 2,13 %, в то время как у животных, размещенных вблизи базовой станции, они достигали в квартале проживания 39,78 %, а в районе рабочего комплекса – 46,03 %. Основные нарушения в морфологии сперматозоидов обусловлены в основном появлением различных нарушений формы головки.

Морфологический анализ клеток спермы изучали после двухмесячной экспозиции сотовым телефоном (Мicromax Q5, SAR -1,87 Вт/м2), путем помещения его рядом с клеткой на 5 ч каждый день в течение двух месяцев. Одна группа подвергалась воздействию облучения 4,5 ч в режиме ожидания телефона и 0,5 ч в режиме ответа, вторая группа – 4 ч в режиме ожидания и 1 ч в режиме ответа телефона. Обнаружено, что среднее процентное содержание дефектных сперматозоидов в контроле составляло 5,00 ± 2,10 %, в то время как в группах I и ІІ – 39,00 ± 4,88 % и 56,00 ± 2,14 % соответственно. Было выявлено значимое увеличение нарушений в половых клетках животных, подвергнутых облучению, по сравнению с контролем. Число аномалий в сперматозоидах второй группы значительно превышает количество аномалий половых клеток в первой группе. Обнаружены такие типы нарушений морфологического строения сперматозоидов: двойная головка, банановая головка, аморфная головка, дефектная головка, ее полное отсутствие, изогнутая шейка, двойной, петлеобразный, изогнутый хвосты. Очевидно, что излучение мобильного телефона оказывает вредное действие на репродуктивную систему самцов [182].

Число сперматозоидов, выделенных из эпидидимисов крыс-самцов Вистар (возраст 12–16 нед), после облучения мобильным телефоном (Nokia № 97) в течение 1 мес снижалось более чем на 40 %. У 54 % половых клеток крыс, подвергнутых воздействию ЭМИ, наблюдаются нарушения, которые имеют такие формы, как изогнутые, бичевидные, с изгибами в области головки и хвоста, кольцами в области головки и др. [183].

Облучение крыс Вистар в возрасте 10–12 нед в течение 28 дней по 1 ч/день при 900-1800 МГц не вызывало изменений в количестве спермы между облученными и контрольными животными, а снижение числа сперматозоидов в эпидидимисах опытных животных было незначительным (-2,6 %). Однако у крыс, подвергнутых излучению от сотового телефона, наблюдается значительное падение количества подвижных эпидидимальных сперматозоидов (-40 %) [184].

Влияние длительного излучения сотового телефона на свойства спермы изучали на крысах линии Sprague-Dawley при частоте 1,9 ГГц (800 МГц цифровой и 800 МГц аналоговый, значение SAR от 0,9 до 1,80 Вт/кг, при плотности потока энергии от 0,00001 до 0,607 Вт/см2). Животных облучали ежедневно дважды по 3 ч/день с перерывом между фракциями в течение 30 мин на протяжении 18 нед. Анализировали морфологические показатели сперматозоидов, выделенных из эпидидимиса. Количество зрелых половых клеток в контроле и опыте отличалось незначительно. В то же время у облученных животных клетки находились в агрегированном состоянии, а число подвижных сперматозоидов существенно снижалось и составляло 44,88 ± 20,66 % по сравнению с 70,93 ± 12,94 % у контрольных крыс. Кроме того, в эпидидимисе животных, подвергнутых электромагнитному воздействию, содержится много мертвых клеток [185].

В результате облучения мышей самцов С57 при 1800 МГц (208 мкВт/см2, SAR – 0,2221 Вт/кг) в течение 32 дней по 2 ч/день количество сперматозоидов в сперме снижалось и нарушался суточный ритм репродуктивной функции [186].

У кроликов после экспозиции при 950 МГц, 3 или 6 Вт 2 ч/день на протяжении 2 нед значительно снижалась высота эпителия и диаметр эпидидимиса по сравнению с контролем [187].

Подвергая микроволновому воздействию крыс-самцов Вистар при ППЭ 0, 2,5, 5,0 и 10,0 мВт/см2 на протяжении 4 нед, 5 раз в неделю, 6 мин за один раз и исследуя состояние репродуктивной системы, обнаруживаются различная степень дегенерации, некроз и потеря сперматогенных клеток в ткани семенника, истончение сперматогенного эпителия, уменьшение или гибель сперматозоидов, более выраженные на 28-й и 60-й дни после прекращения облучения. Электронно-микроскопический анализ выявил разбухание и вакуолизацию митохондрий во всех сперматогенных клетках, агглютинацию клеток и краевую транслокацию ядерного хроматина в сперматогенных клетках и клетках Лейдига, более очевидную на 7-й и 60-й дни после воздействия при ППЭ 5 мВт/см2. В различные сроки после экспозиции при различных значениях ППЭ повышалось количество аномалий в эпидидимальных сперматозоидах [188].

Последствия облучения сотовым телефоном (800 МГц, 8 ч ежедневно на протяжении 12 нед) на репродуктивную систему самцов и сексуальное поведение взрослых кроликов оценивали при различной продолжительности воздействия. Экспозиция кроликов в течение 6 нед вызывала снижение количества спермы по сравнению с интактными животными и ложнооблученными, которое было статистически значимым после 8-недельного облучения. Гистологический анализ ткани семенника показал, что у облученных животных происходит существенное снижение диаметра извитых семенных канальцев (191 мм против 206 и 226 мм по сравнению с ложнооблученными и интактными животными соответственно) [190]. Сексуальное поведение кроликов после длительного воздействия (12 нед) у облученных животных снижается, у них значительно уменьшаются также частота и длительность эякуляции [191]. В сперме кроликов, которые подвергались длительной экспозиции, выявляется уменьшение подвижности сперматозоидов [189].

Однако в отношении достоверности данных о выраженных эффектах излучения сотового телефона на репродуктивную систему кроликов, представленных в работах Salama et al. [187-18 9], возникли определенные сомнения, причины которых изложены в соответствующих публикациях [192, 193]. В них указывается, что излучение от мобильного телефона в режиме stand by практически отсутствует, так как оно состоит из кратковременных сигналов каждые полчаса, поступающих от базовой станции, т. е. на протяжении всего нескольких секунд. И поэтому оно не может вызывать таких значительных изменений показателей репродуктивной системы самцов. Отзыв из журналов Salama et al. вышеуказанных трех статей в 2012 г., опубликованных ранее, подтверждает обоснованность мнения, изложенного в публикациях [192, 193], о недостоверности данных, представленных в этих публикациях.

Далее следует анализ работ, в которых изучение состояния репродуктивной системы самцов, подвергнутых электромагнитной экспозиции, проводилось при более высокой частоте (2,45 ГГц). В целом в отношении этих данных можно указать, что они свидетельствуют о более выраженном влиянии ЭМИ указанной частоты на репродуктивную систему животных.

Например, у крыс Вистар после электромагнитного облучения от оборудования Wi-Fi (2,45 ГГц, SAR – 3,21 Вт/кг, 60 мин/ день на протяжении 28 дней) установлено значительное снижение количества клеток Лейдига в тестикулярной ткани по сравнению с таковыми у интактных крыс. Анализ процесса сперматогенеза подтвердил статистически значимое различие между облученной и контрольной группами. В то же время не было выявлено изменений в размере диаметра извитых семенных канальцев между исследуемыми группами. Авторы сделали вывод о влиянии ЭМП указанной частоты (2,45 ГГц) на сперматогенез облученных животных [194].

О дегенеративных изменениях ткани сперматогенного эпителия половозрелых крыс самцов Вистар после электромагнитного воздействия при частоте 2,45 ГГц, ППЭ 2,8 мВт/см2, 3 ч/день на протяжении 3 нед сообщается в работе [195]. Анализ ткани семенника на световом и электронно-микроскопическом уровне показал, что они выражались в неупорядоченности извитых семенных канальцев и наличии в семявыносящем эпителии большого числа пустых пространств. С внутренней стороны семенных канальцев находилось много слущенных эпителиальных клеток. В отдельных местах выявлялись относительно неизмененные клетки Сертоли, однако в других местах семявыносящего эпителия находились сморщенные клетки Сертоли с темной цитоплазмой. В поврежденном тестикулярном эпителии имелись некротизированные и сморщенные сперматогонии и волнообразное основание мембраны. Пространство между семенными канальцами было расширено, но в клетках Лейдига морфологических изменений не обнаруживалось.

30-дневное облучение мышей линии Swiss при 2,45 ГГц (2 ч/день в течение 30 дней, ППЭ – 0,029812 мВт/см2 и SAR – 0,018 Вт/кг) сопровождается снижением количества эпидидимальных сперматозоидов, жизнеспособности, диаметра семенных извитых канальцев и их дегенерацией [196].

В работе [197] исследовали ряд показателей репродуктивной системы крыс-самцов Sprague-Dawley (исходный возраст 16 нед) после длительного непрерывного облучения (4 мес), излучаемого генератором ЭМП (2,45 ГГц, ППЭ – 6 мВт/см2, SAR – от 0,48 до 2,39 Вт/кг). У облученных животных выявили тенденцию к снижению массы тела, особенно выраженную при величине SAR 1,91 и 2,39 Вт/кг, существенное изменение массы органов репродуктивной системы, резкое падение количества эпидидимальных сперматозоидов, подвижность которых существенно уменьшалась, и значительный рост числа аномальных клеток на ЭМИ воздействие, которое зависело от величины SAR (табл. 3.5).

В недавно опубликованной работе [198] исследовали влияние длительного излучения от оборудования Wi-Fi (2,4 ГГц, 24 ч/день на протяжении года) на функциональное состояние семенников крыс Вистар. Установлено, что у облученных животных достоверно увеличивается количество нарушений головки сперматозоидов, в то время как масса семенных пузырьков, диаметр семенных канальцев и толщина белочной оболочки снижаются, а изменение таких показателей, как масса семенников, эпидидимисов, подвижность сперматозоидов, дефекты их хвоста, статистически не подтверждается. Исходя из этих данных, полагают, что необходимо избегать длительной экспозиции от оборудования Wi-Fi.

Таким образом, проведенный анализ свидетельствует, что в некоторых исследованиях морфологические изменения показателей репродуктивной системы самцов при действии ЭМИ в диапазоне мобильной связи не выявляются [166–173]. Отсутствие их в некоторых случаях, вероятно, можно объяснить такими причинами, как кратковременность ежедневного воздействия (например, всего 20 мин/день [166]), или не очень длительной общей продолжительностью облучения [167–169]. Вероятно, при таком режиме экспозиции репродуктивная система самцов адаптируется к действующему фактору, или исследуемые показатели восстанавливаются в период между облучением. Не вполне объяснимым является отсутствие изменений в состоянии репродуктивной системы самцов при воздействии на протяжении 12 нед [171] или очень длительном – в течение 12 мес [172].

 

Таблица 3.5. Влияние электромагнитного излучения с частотой 2,45 ГГц на некоторые показатели репродуктивной системы крыс-самцов Sprague-Dawley [197]

* Достоверно при Р ≤ 0,05.

 

Однако большая часть опубликованных работ показывает, что в результате электромагнитного излучения в диапазоне мобильной связи (900, 1800 и 1900 МГц) и особенно при 2,45 ГГц (система Wi-Fi) наступают разнообразные морфологические нарушения в репродуктивной системе самцов млекопитающих. Ухудшение таких показателей, как количество и подвижность эпидидимальных сперматозоидов, приводит к падению оплодотворяющей способности. Этим самым подтверждается высокая биологическая активность этого воздействия, а также необходимость прогнозировать возможные риски негативных отдаленных последствий ЭМИ.

Изучение биохимических и молекулярных показателей в репродуктивной системе самцов млекопитающих, подвергнутых электромагнитному воздействию в диапазоне мобильной связи, позволяет более глубоко подойти к анализу процессов, происходящих в тестикулярной ткани и сперматогенных клетках животных в этих условиях. Этому также способствует исследование эндокринной регуляции у облученных самцов.