За последние годы появился ряд исследований, в которых нарушения или их отсутствие в репродуктивной системе самцов рассматриваются в связи с биохимическими и молекулярными процессами, происходящими в семенниках и эпидидимисе, добавочных органах, на уровне отдельных половых клеток, клеток Лейдига и Сертоли. Считается, что решающую роль в снижении мужской фертильности играет окислительный стресс, возникающий в тестикулярной ткани и зрелых половых клетках в результате гиперпродукции активных форм кислорода [199–202]. В результате окислительного (оксидативного) стресса возникает нарушение прооксидантно-антиоксидантного баланса в сторону формирования оксидантов, которое приводит к негативному влиянию продуктов АФК на физиологический потенциал клеток. АФК способны повреждать многие биополимеры, в том числе ДНК, ферменты, липиды и белки [203, 204].
Известно, что в небольших количествах АФК необходимы для нормальной регуляции функции сперматозоидов, их гиперактивации и акросомальной реакции [202, 205, 206]. Генерация супероксидных радикалов (О2 и Н2О2), главным образом, происходит в дыхательной цепи митохондрий, сопряженной с синтезом АТФ. Реактивные формы кислорода, в том числе супероксид анион (О-), гидроксильный радикал (ОН-), пероксид водорода (Н2О2) и оксид азота (NO''), могут влиять на структурную целостность и функцию сперматозоидов и вызывать не только повреждение мембран сперматозоидов, но и снижать их подвижность, капацитацию и пенетрацию, тем самым ухудшая оплодотворяющую способность половых клеток [207–210]. Кроме того, АФК непосредственно повреждают ДНК хромосом [206, 212, 213] и инициируют апоптоз сперматозоидов [214, 215], что может привести в конечном счете к бесплодию [201, 216].
Что касается непосредственно влияния ЭМИ в диапазоне мобильной связи на репродуктивную систему, то данные большинства исследований свидетельствуют о возможности возникновения окислительного стресса в тестикулярной ткани и сперматогенных клетках в результате повышения продукции АФК и снижения процессов антиоксидантной защиты. Следствием повышения свободнорадикальных процессов являются активизация ПОЛ, повреждение структуры ДНК, инициация апоптоза и другие изменения в сперматогенных клетках.
Так, облучение 70-дневных животных (крысы-самцы Вистар) при частоте 10 ГГц (SAR – 0,014 Вт/кг, плотность потока энергии – 0,21 мВт/см2 по 2 ч/день на протяжении 45 дней) приводило к значительным изменениям в уровне АФК, накоплению конечного продукта ПОЛ (МДА) в половых клетках [217, 218].
Экспозиция крыс-самцов Вистар на протяжении 35 дней по 2 ч/день (900 МГц, SAR – 0,9 Вт/кг) вызывала повышение уровня АФК в сперматозоидах по сравнению с контролем (Р = 0,035) [219]. Одновременно в половых клетках наблюдались накопление МДА и достоверное падение активности антиоксидантных ферментов, за исключением каталазы (табл. 3.6).
О повышении реактивных форм кислорода при экспозиции от сотового телефона (1800 МГц, значения SAR – 1, 2 или 4 Вт/кг при 24-часовой перемежающей экспозиции (5 мин включено, 10 мин выключено)) сообщается в работе [220]. Следует также отметить, что ранее (см. подпараграф 3.2.1) сообщалось об увеличении уровня АФК в сперматозоидах человека, облученных in vitro, при 850 МГц [14] и 1850 МГц [120].
Таблица 3.6. Влияние ЭМИ сотового телефона (900 МГц, SAR – 0,9 Вт/кг, 2 ч/день, 35 дней) на уровень АФК, МДА и активность антиоксидантных ферментов в эпидидимальных сперматозоидах крыс Вистар [219]
* Достоверно при Р < 0,05.
О возникновении окислительного стресса в тестикулярной ткани и сперматогенных клетках животных, подвергнутых электромагнитному воздействию в диапазоне частот от 800–1800 МГц до 2450 МГц, свидетельствуют данные о повышении активности ферментов антиоксидантной системы, падение содержания антиоксидантов и накопление продуктов ПОЛ.
При облучении крыс Вистар в возрасте 10–12 нед в течение 28 дней 1 ч/день при 900–1800 МГц выявляется повышение содержания МДА и снижение уровня глутатиона в ткани семенника (-10 %) и эпидидимисе (-24 %) [184].
Экспозиция животных по 20 мин/день в течение трех недель (900 МГц, пульсирующие, модулированные, SAR – 1,20 Вт/кг) вызывает в тестикулярной ткани значительное повышение содержания МДА и оксида азота (NOx) при снижении уровня глютатиона. Следовательно, микроволновая радиация является причиной окислительного влияния на ткань семенника, вызванного липидной пероксидацией, повышением уровня NOx и угнетением антиоксидантных механизмов защиты [221].
При исследовании состояния репродуктивной системы крыс-самцов после электромагнитного воздействия (900 и 1900 МГц, ППЭ – 0,02 мВт/см2, SAR – 0,9 Вт/кг, продолжительность облучения 15, 30 или 60 мин/день на протяжении 14 дней) обнаружили значительное падение содержания глутатиона и активности глутатионпероксидазы в крови и в ткани семенника, в то время как уровень процессов ПОЛ и активность каталазы существенно повышаются. Сделано заключение о негативном влиянии на тестикулярную функцию оксидативного стресса [222].
После облучения взрослых крыс Спрейг-Доули при частоте 900 МГц, генерируемой от базовой станции на протяжении 45 дней, выявляются снижение активности глютатион-пероксидазы, СОД, каталазы и повышение содержания МДА в ткани семенника [223].
Экспозиция крыс-самцов при 2,45 ГГц на протяжении 60 мин/день в течение 30 дней в тестикулярной ткани вызывает повышение процессов ПОЛ, снижение уровня глютатиона, активности глютатионпероксидазы и содержания витаминов А (почти на 50 %) и Е (на 14,6 %) [224]. Так, например, содержание МДА в ткани семенника в облученной группе животных составляло 33,84 μмоль/г белка, а в контрольной группе – 28,11 μмоль/г белка.
Вместе с тем необходимо отметить, что в некоторых исследованиях активизация процессов ПОЛ и изменение некоторых других показателей в ткани семенника животных при электромагнитном воздействии в диапазоне мобильной связи не была обнаружена. Так, например, при облучении крыс-самцов Спрэг-Доули (частота – 890–915 МГц, ежедневно в течение 1 мес по 20 мин/день, средняя мощность излучения – 250 мВт, величина SAR – 0,52 Вт/кг) не выявлено статистически значимых различий в таких биохимических параметрах в тестикулярной ткани, как спектр липидов, содержание МДА, белка Р53 [166].
Достоверных изменений в уровне ПОЛ в ткани семенника и эпидидимисе контрольных и облученных крыс Вистар не установлено при изучении эффектов субхронического облучения радиочастотами, излучаемыми сотовым телефоном (1,835-1,85 ГГц, 1 ч ежедневно на протяжении 11 нед) [170].
Экспозиция крыс Спрейг-Доули сотовым телефоном в режиме стандарта СDМА (848,5 МГц, средняя величина SAR – 2,0 Вт/кг) в течение 12 нед, состоящем из двух периодов по 45 мин каждый, отделенных 15-минутным интервалом, не оказывала существенного влияния на содержание МДА в семенниках и эпидидимисе. Сделан вывод о том, что субхроническое облучение ЭМИ не сопровождается негативными эффектами на репродуктивную систему самцов крыс [171].
Отсутствие эффектов электромагнитного излучения в тестикулярной ткани на содержание МДА и некоторых других биохимических показателей в вышеприведенных работах, вероятно, объясняется кратковременностью ежедневного воздействия.
Особое значение при возникновении окислительного стресса в сперматозоидах имеют непосредственное повреждение структуры ДНК хромосом и инициация апоптоза реактивными формами кислорода, что может привести к нарушению генома половой клетки или ее гибели. Данные об уровне 8′-гидроокси-2-дезоксигуанозина, индексе фрагментации ДНК, активности каспаз и других маркерах апоптоза указывают на активизацию этих процессов в ткани семенника и сперматогенных клетках животных при электромагнитной экспозиции в диапазоне мобильной связи.
Значительное повышение уровня 8′-гидроокси-2-дезоксигуанозина в сыворотке крови и 8-гидрооксигуанозина в тестикулярной ткани крыс Вистар выявляется после длительного электромагнитного воздействия (2,437 ГГц, 24 ч/день, на протяжении 20 нед, максимальное значение SAR – 0,091 Вт/кг), что указывает на оксидативное повреждение гуаниновых оснований ДНК [225]. О повышении уровня 8′-гидроокси-2-дезоксигуанозина в сперматозоидах человека, облученных in vitro от мобильного телефона, сообщалось ранее [120].
Согласно данным [220], воздействие ЭМП, излучаемое сотовым телефоном (1800 МГц, значения SAR – 1, 2 или 4 Вт/кг при 24-часовой перемежающей экспозиции (5 мин включено, 10 мин выключено)), может вызвать повреждение ДНК сперматоцитов. Степень наблюдаемых изменений оказывается выше при значении SAR 4 Вт/кг, что подтверждается как комет-методом, так и повышением уровня 8-гидроокси-2-дезооксигуанозина. Авторы на основании используемого метода сделали вывод, что энергии фотонов диапазона мобильной связи (1800 МГц) недостаточно для прямого влияния на ДНК и поэтому разрывы в этой молекуле обусловлены опосредованными генотоксическими эффектами, возникающими в половых клетках мышей-самцов при окислительном повреждении этого биополимера.
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 обнаружено значительного повышения числа одиночных и двойных разрывов ДНК. Однако в этом случае были выявлены значительные повреждения генома митохондрий и локуса бета-глобина в ядрах сперматозоидов, выделенных из эпидидимиса. Предполагают, что излучение в диапазоне мобильной связи, не оказывая значительного влияния на развитие мужских половых клеток в процессе их дифференцировки, вызывает значимый генотоксический эффект на состояние сперматозоидов [169].
Влияние длительного излучения сотового телефона на свойства спермы крыс линии Спрэг-Доули изучали при частоте 1,9 ГГц (800 МГц цифровой и 800 МГц аналоговый, значение SAR – от 0,9 до 1,80 Вт/кг, плотность потока энергии – от 0,00001 до 0,607 Вт/см2, ежедневно дважды 3 ч/день с перерывом между фракциями в течение 30 мин на протяжении 18 нед). Молекулярный анализ зрелых половых клеток, выделенных из эпидидимиса, выявил повышение уровня транспортной РНК на поверхности двух белков межклеточной адгезии CAD-1 и ICAM-1. Авторы полагают, что повышение гибели половых клеток может иметь отношение к адгезии протеинов, которая в норме необходима для увеличения адгезии между сперматозоидом и яйцеклеткой [185].
Влияние ЭМИ непосредственно на ДНК в тестикулярной ткани животных при 2,45 ГГц обсуждается в работе [226]. Установлено, что в полученных образцах ткани семенника облученных животных (2,45 ГГц, 2 ч/день на протяжении 120, 150 и 200 дней) спектр ДНК отчетливо изменяется по сравнению с контролем в области 7–8 кб, что также подтверждается денситометрическим анализом. В связи с этим представляется необходимым переоценить мутагенный потенциальный риск электромагнитного излучения для организма при существующих нормативах безопасности.
Нарушение структуры ДНК, выявляемое с помощью метода ДНК-комет, частоты микроядер, повышение активности каспазы-3, которая является индуктором апоптоза, и другие изменения изучаемых показателей выявлены в половых клетках облученных крыс-самцов Вистар (1000 МГц, 2 ч/день в течение 45 дней, ППЭ – 0,21 мВт/см2, SAR – 0,014 Вт/кг) [180]. Авторы считают, что обнаруженные эффекты микроволновой радиации на состояние репродуктивной системы крыс-самцов могут быть причиной нарушения оплодотворяющей способности сперматозоидов.
В экспериментах на крысах Вистар при электромагнитном воздействии от оборудования Wi-Fi с частотой 2,45 ГГц (SAR -3,21 Вт/кг, 60 мин/день на протяжении 28 дней) изучали апоптоз в тестикулярной ткани. В сперматогенных клетках облученных животных обнаружили существенные различия в уровне апоптотического гена Вах, активности каспазы-3 и каспазы-8. Авторы сделали однозначный вывод о влиянии ЭМП указанной частоты (2,45 ГГц) на апоптоз сперматогенных клеток в тестикулярной ткани животных [194].
Изучая электромагнитное воздействие на клетки Сертоли на протяжении 24 ч (ППЭ – 100 мВт/см2), выявили повышение содержание цитокинов TNFα, IL-1β и IL-6. При физиологически низких концентрациях указанные регулирующие цитокины ведут себя как факторы, поддерживающие гомеостаз, в то время как в патологических условиях эти же цитокины при их гиперпродукции могут запустить механизмы, нарушающие сперматогенез, в том числе вызвать апоптоз и ПОЛ в мембранах половых клеток, а также отразиться на регуляции Bax/Bcl-2 и активности каспазы-3. Полученные результаты позволяют предполагать новый механизм повреждения сперматогенных клеток цитокинами, продуцируемыми клетками Сертоли, вызванного излучением микроволн [227].
В то же время необходимо также отметить, что в отдельных исследованиях изменений в интенсивности программированной гибели половых клеток при электромагнитном воздействии в диапазоне мобильной связи не было обнаружено.
Установлено, что длительная 10-месячная экспозиция крыс Вистар мобильным телефоном (900 МГц, 2 ч/день, 7 дней в неделю) не вызывала отклонений в активности фермента, индуцирующего процесс апоптоза (каспаза-3) в ткани семенника. Полученные данные подтверждаются отсутствием изменений морфологических показателей в сперматогенном эпителии [228].
Анализируя апоптотические процессы в семенниках крыс Sprague-Dawley после одномесячного облучения животных сотовым телефоном по 20 мин/день (900 МГц, 250 мВт, 0,047 мВт/cм2, среднее значение SAR – 0,52 Вт/кг (0,29-0,87 Вт/кг)), выявили, что экспозиция не оказывает влияния на содержание антиапоп-тотического белка bcl 2, что, по-видимому, свидетельствует об отсутствии участия этого белка (bcl 2) в эффектах электромагнитного облучения [229]. В то же время в отношении отсутствия эффектов ЭМИ на ткань семенника можно предположить, что такой результат обусловлен условиями эксперимента: кратковременностью ежедневного воздействия ЭМП и относительно низким значением SAR.
При облучении крыс Спрейг-Доули 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 каждый, отделенных 15-минутным интервалом, в семенниках и эпидидимисе не было обнаружено существенных изменений уровня белков р53, р21, bсl-2 и активности каспазы-3. Сделан вывод о том, что субхроническое облучение ЭМИ не сопровождается негативными эффектами на репродуктивную систему самцов крыс [171].
Облучение 70-дневных крыс-самцов Вистар от мобильного телефона (2 ч/день, 35 дней, величина SAR – 0,9 Вт/кг) сопровождалось значительным снижением количества сперматозоидов (31,14 ± 13,6) по сравнению с контролем (61,33 ± 3,68). У облученных животных наблюдалось выраженное повышение числа апоптотических сперматозоидов (более чем в 2,2 раза) и снижение активности протеинкиназы С. Изменению активности этого фермента в сперматозоидах придается особое значение, так как он является ключевым звеном в ответной реакции клеток на внеклеточные стимулы, которые вовлечены в пролиферацию, дифференциацию, апоптоз и др. Протеинкиназа С модулирует также ионную проводимость путем фосфорилирования ряда мембранных белков, влияет на обмен Са2+ и активирует Са2+-каналы. Авторы считают, что излучение мобильного телефона способно вызвать уменьшение подвижности сперматозоидов путем воздействия на протеинкиназу С [230].
Анализ содержания белков теплового шока, антиоксидантных ферментов (СОД, пероксиредоксина-1) и других белков проводили после электромагнитной экспозиции (1, 2 или 4 ч/день) на протяжении 30 дней при 900 МГц на взрослых крысах-самцах Sprague-Dawley. Исследования продемонстрировали значимые эффекты ЭМП (900 МГц) на обмен специфических белков в семенниках грызунов и подтвердили, что ЭМИ вызывает нетермический стресс в тестикулярной ткани. Обсуждается функциональное участие идентифицированных белков в этих процессах [231].
Среди других публикаций об эффектах микроволнового излучения в диапазоне мобильной связи, а также при 2,45 ГГц на показатели репродуктивной системы, отражающие различные биохимические, генетические и молекулярные аспекты, необходимо отметить значимые изменения в продолжительности периодов клеточного цикла сперматогенных клеток, активности креатинфосфокиназы [217, 219], повышении экспрессии тестикулярной iNOS [196] и некоторые другие. Обнаруженные отклонения изучаемых показателей так или иначе отражаются на свойствах сперматозоидов, снижая их оплодотворяющую способность.
Таким образом, вышеприведенные данные исследований указывают на изменение молекулярно-биохимических процессов под влиянием ЭМИ в диапазоне мобильной связи. Повышение образования сигнальных молекул АФК и оксида азота активирует ПОЛ, возникают и накапливаются повреждения молекулы ДНК и белков. Увеличение содержания этих соединений, а также снижение продукции антиоксидантов либо нарушение процессов репарации повреждений ДНК и белков, вызванных действием этих веществ, приводят к формированию оксидативного стресса [204], а также к ускорению процессов, вызывающих программированную гибель сперматогенных клеток. В результате этого происходит ухудшение качества сперматозоидов, появляется большое количество нежизнеспособных клеток, что приводит к падению фертильности. Кроме того, генотоксические эффекты в облученных половых клетках могут привести к негативным мутациям.
В то же время необходимо учитывать, что данные некоторых авторов не подтверждают возникновение окислительного стресса и накопления продуктов ПОЛ в тестикулярной ткани и сперматозоидах при действии ЭМИ в диапзоне мобильной связи [166, 170, 171], что является предметом дальнейших тщательных исследований.
