Влияние электромагнитного излучения мобильных телефонов на состояние репродуктивной системы и потомство

ЭМП указанного диапазона является возможным канцерогеном для различных систем организма, но особое значение оно имеет для структур головного мозга [7]. В серии эпидемиологических исследований шведскими онкологами было выявлено достоверное увеличение риска развития неврином слухового нерва и глиом у постоянных пользователей мобильных и радиотелефонов [56–60]. Риск развития неврином слухового нерва возрастал у последних в 3,5 раза при ипсилатеральном (одностороннем) пользовании мобильным телефоном в течение 10 лет и более. Риск развития глиом у пользователей мобильной связи (10 лет и более, ипсилатерально) увеличивался более чем пятикратно по сравнению с контрольной группой. При двустороннем пользовании мобильным телефоном возрастание рисков было менее выражено, хотя также достоверно превышало показатели контрольных групп [17, 59]. Риск развития опухолей был более выражен у молодых пользователей мобильными телефонами [60].

В рамках масштабного международного проекта Interphone было выявлено, что при суммарном времени пользования мобильным телефоном свыше 1640 ч, если это время набиралось пользователями в течение 1–4 лет, риск развития глиом возрастал у последних в 3,77 раза, а риск развития менингиом – в 4,8 раза по сравнению с контрольными группами [61].

В обзоре [17] проанализированы данные исследований влияния излучения базовых станций на рост онкозаболеваний у лиц, которые подвергаются этому воздействию. Установлены достоверные изменения в состоянии здоровья людей, живущих вблизи базовых станций мобильной связи. Так, за 10 лет работы базовых станций в г. Нейла (Германия) уровень онкозаболеваний у жителей региона (до 400 м от станции) вырос в 3,1 раза по сравнению с жителями отдаленных районов города [62]. В Израиле (г. Нетанья) ввод в эксплуатацию мощной базовой станции только за 1 год ее работы привел к росту уровня онкозаболеваний в районе станции (до 300 м) в 4,15 раза [63]. У жителей районов вблизи базовой станции выявлено достоверное ухудшение психофизических параметров самочувствия [64–66].

Выявленные эффекты влияния ЭМИ, излучаемых сотовыми телефонами, вызывают повышенный интерес к изучению биологического действия электромагнитных излучений, а также особенностей этого воздействия не только на головной мозг, но и на другие системы организма, среди которых репродуктивная система является наиболее приоритетной областью для исследования.

1.3. Особенности взаимодействия ЭМИ в диапазоне мобильной связи с биологическими объектами

Уровень излучения ЭМП диапазона мобильной связи, как уже отмечалось ранее, низкий и носит преимущественно информационный характер. Поэтому длительное время, главным образом в США, где признавались только тепловые эффекты ЭМИ, отрицали возможность существования иных путей влияния на организм этого воздействия. Только после получения неопровержимых, достоверно зарегистрированных фактов концепция о биологическом действии ЭМИ нетепловых интенсивностей получила признание.

При нетепловом действии биологическую реакцию вызывает не энергия ЭМИ: в этом типе взаимодействий ответная реакция осуществляется за счет собственных энергетических ресурсов организма, а ЭМИ является только инициирующим сигналом. Нетепловое действие для ЭМИ РЧ- и МКВ-диапазонов начинается с величины ППЭ ~ 10–

Вт/м

, которая является минимальным порогом для многих биологических объектов [2].

Энергия кванта в диапазоне от 300 МГц до 3,0 ГГц (дециметровый диапазон) составляет всего от 1,24 до 12,4 ?эВ. При таком низком уровне ЭМП действие излучения не может вызывать прямого нарушения структуры макромолекул (например, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)) непосредственно в клетке, ведь для разрыва самой слабой водородной связи требуется энергия не менее 80 ?эВ. Поэтому электромагнитное излучение в основном влияет на растворенные в воде клетки молекулы веществ. Ткани организма состоят из клеток, в которых преобладает вода. Под влиянием ЭМП в клетках происходит поляризация цепей макромолекул и ориентация их вдоль силовых линий электрического поля, что приводит к разрыву внутренних и межмолекулярных связей, коагуляции молекул и т. д.

Несмотря на то что энергии кванта электромагнитной волны ЭМИ дециметрового диапазона недостаточно для разрыва химических связей, в литературе сообщается о ряде биологических эффектов при воздействии такого низкого (нетемпературного) уровня ЭМП [67–69]. Такие эффекты были выявлены в нескольких независимых экспериментах в разных лабораториях [70]. Эти исследования ставят под сомнение как гипотезу о термической природе биологических эффектов, так и принятые сегодня уровни безопасности ЭМП. К таким эффектам при воздействии низкого уровня ЭМП относят повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), изменение экспрессии генов теплового шока, нарушение гомеостаза кальция, снижение синтеза мелатонина и др.

Вместе с тем ряд эффектов, выявляемых в тканях облученного организма в диапазоне мобильной связи, главным образом, обусловлен возникновением таких маркеров окислительного стресса, как активная форма кислорода (АФК), NO', продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ), белков теплового шока и др., что, вероятно, свидетельствует о наличии тепловой компоненты при действии ЭМП сотового телефона [71].

Другим видом изменений, вызываемых воздействием ЭМП мобильного телефона, смартфона, является изменение регуляторной функции центральной нервной системы (ЦНС) и эндокринной системы, что приводит к нарушению интенсивности физиологических и биохимических процессов.

Итак, мобильная связь появилась сравнительно недавно, но ее стремительное распространение, безусловно, вызывает обоснованное беспокойство, вызванное возможным влиянием этого вида излучения на здоровье человека. В связи с этим вопрос об оценке последствий действия этого излучения на организм приобретает все большую актуальность. Исследования биологического действия ЭМП мобильного телефона, а также при частоте 2,45 ГГц (Интернет и другие источники) все более расширяются и носят систематический и многоплановый характер, что проявляется в количестве публикаций, посвященных этой проблеме. Несмотря на противоречивость имеющихся данных и все еще ограниченность таких исследований, особенно в отношении отдаленных эффектов электромагнитного воздействия в диапазоне мобильной связи на организм, в том числе на репродуктивную систему самцов, их анализ представляет значительный интерес. Однако чувствительность органов мужской репродуктивной системы к действию ЭМИ носит избирательный характер, что обусловлено особенностями их функционирования. Наиболее высокая поражаемость характерна для процесса воспроизводства клеточных популяций сперматогенных клеток, эндокринной регуляции функции семенников, некоторых свойств эпидидимальных сперматозоидов (подвижность, жизнеспособность, целостность структуры ДНК, акросомная реакция и др.), что отражается на их оплодотворяющей способности. Для лучшего понимания изменений, происходящих в репродуктивной системе самцов млекопитающих, включая человека, вызванных электромагнитным воздействием в диапазоне мобильной связи и при 2450 МГц, следует рассмотреть ее строение, функцию и регуляцию.

Глава 2

Мужская репродуктивная система млекопитающих: структура, функция, регуляция, методы анализа

Репродуктивная система самцов млекопитающих, в том числе и человека, – это совокупность органов, предназначенных для воспроизводства (размножения) себе подобных особей. У большинства млекопитающих репродуктивная система самцов имеет сходный план строения, а продукция семенников (яичек) – основного органа репродуктивной системы самцов – зрелые половые клетки или сперматозоиды (спермии) близки по строению и свойствам. В процессе эволюции эти органы развивались из частей мочевыделительной системы или в тесной связи с ними, поэтому эти системы являются близко связанными и часто носят объединенное название – мочеполовая система. По расположению половых органов они подразделяются на внутренние и наружные. Внутренние органы самцов млекопитающих предназначены для образования и выведения специальных половых клеток – сперматозоидов. Наружные половые органы являются органами совокупления. Основным органом мужской репродуктивной системы являются парные половые железы – семенники (или яички) с придатками (эпидидимисами). Особенностью функционирования семенников является сочетание внешних (генеративных) и внутрисекреторных (выработка половых стероидных гормонов) функций, которые во взаимодействии с гипоталамо-гипофизарной системой регулируют развитие и функционирование мужской репродуктивной системы в целом. Строение внутренних органов мужской репродуктивной системы, к числу которых кроме семенника с придатками относятся семявыносящиеся протоки, семенные пузырьки, предстательная железа (простата), бульбоуретральные (куперовы) железы, на современном уровне подробно рассматривается в ряде монографий и учебников, изданных в последние годы [72–76].

2.1. Строение, развитие и функция мужской репродуктивной системы млекопитающих

Мужская репродуктивная (половая) система млекопитающих представляет собой совокупность органов системы размножения у самцов. Половые органы самцов, в том числе мужчин, разделяют на внутренние и наружные. К наружным половым органам относятся мошонка и половой член. Внутренние органы мужской репродуктивной системы можно условно разделить на три группы:

1) семенники, или яички с придатками (эпидидимисами);

2) семявыносящие протоки;

3) добавочные железы: семенные пузырьки, предстательная железа (простата), бульбоуретральные (куперовы) железы.

Семенники (яички) – парная мужская половая железа – основной орган репродуктивной (половой) системы самца. В онтогенезе семенники закладываются на вентро-медиальной поверхности первичной почки в поясничной области брюшной полости. У большинства млекопитающих в процессе развития семенники опускаются в паховую область и отсюда через паховое кольцо – в семенниковый мешок (мошонку). Семенник подвешен на семенниковом канатике и сращен с придатком семенника [77]. Особенность функционирования семенника – температура в полости мошонки, которая ниже, чем температура тела, на 2–3 °C, что создает более благоприятные условия для сперматогенеза и переживаемости спермиев.

Семенник имеет яйцевидную форму. У человека яички имеют длину 4–5 см, ширину 2,5–3,5 см и весят 20–30 г. У половозрелых крыс масса семенников колеблется в пределах 1,5–2,0 г. Это парная дольчатая паренхиматозная трубчатая железа с экзо-и эндокринной функциями, в которой одновременно осуществляется и сперматогенез, т. е. выработка сперматозоидов, и происходит образование половых стероидных гормонов, главным образом – тестостерона, регулирующего дифференцировку пола, проявление половых признаков самца и стимулирующего развитие половых рефлексов. Семенники или яички – основное место образования простагландинов, влияющих на сократительную способность гладкой мускулатуры половых путей и повышение подвижности сперматозоидов [72–76].

Снаружи семенники покрыты брюшиной. Под ней располагается белочная оболочка, образованная из плотной соединительной ткани. Белочная оболочка, продолжаясь в ткань яичка, формирует средостение яичка – неполную вертикальную перегородку и лучеобразные перегородки, расходящиеся из средостения как из центра. Эти перегородки делят яичко примерно на 250 долек (рис. 2.1).

В каждой дольке находится 1–4 извитых семенных канальца – длинные, сильно извитые трубчатые образования, выстланные эпителием и образующие паренхиму яичка (рис. 2.2). Семенные канальцы имеют цилиндрическую форму, диаметр которых составляет от 120 до 140 ?. В них происходит сперматогенез – образование сперматозоидов из стволовых сперматогенных клеток. Каждое яичко содержит порядка тысячи извитых семенных канальцев. На своем протяжении семенные канальцы многократно складываются (отчего и называются извитыми). Общая длина семенных канальцев очень велика. В яичке человека количество извитых семенных канальцев – 300–450, в вытянутом состоянии длина одного канальца – 30–70 см, а общая протяженность всех семенных канальцев в обоих яичках достигает 400–500 м. Длина семенных канальцев семенников многих животных не менее значительна, например, у взрослого кабана она составляет более 3000 м.

Рис. 2.1. Яичко и эпидидимис

Каждый извитой каналец семенника покрыт соединительнотканной оболочкой. Внутреннюю выстилку семенных канальцев, обращенную к просвету канальца и составляющую основную часть толщины стенки, образует эпителиосперматогенный слой (или так называемый сперматогенный эпителий), расположенный на базальной мембране. В нем содержатся две основные популяции клеток: сперматогенные клетки, находящиеся на различных стадиях дифференцировки (стволовые клетки, сперматогонии, сперматоциты 1-го и 2-го порядка, сперматиды и сперматозоиды), и поддерживающие клетки – клетки Сертоли, или сустентоциты, в которых вырабатываются полипептиды – ингибин и активин. Клетки Сертоли также синтезируют многие другие вещества, в том числе транспортные белки – андрогенсвязывающий белок (АСБ), трансферрин, кальмомодулин, тестикулярный альбумин, эстрогены, интерлейкины. Клетки Сертоли в постэмбриональном периоде не способны к делению, с чем, вероятно, связана их устойчивость к неблагоприятным воздействиям.

Рис. 2.2. Строение сперматогенного эпителия

По первичной структуре АСБ идентичен глобулину, связывающему половые гормоны, но отличается от него углеводными остатками. Кроме того, глобулин, связывающий половые гормоны, образуется преимущественно в печени и выбрасывается в кровь, а АСБ поступает из клеток Сертоли непосредственно в половые клетки и в просвет извитых семенных канальцев, что сопровождается переносом тестостерона (в высокой концентрации) из клеток Лейдига, где он образуется, к месту, в котором происходит сперматогенез. Концентрация АСБ максимальна в головке придатка яичка. Функции АСБ: трансмембранный и внутриклеточный транспорт андрогенов в половых клетках; стимуляция созревания сперматоцитов 2-го порядка; депонирование андрогенов в извитых семенных канальцах; транспорт андрогенов из извитых семенных канальцев в сеть яичка и придаток яичка.

Между петлями извитых канальцев находится рыхлая соединительная ткань – интерстиций, в которой, вблизи капилляров, расположены интерстициальные клетки – клетки Лейдига (гландулоциты), продуцирующие мужские половые стероидные гормоны (тестостерон, дигидротестостерон и андростендион), а также эстрогены (80 % эстрогенов, вырабатываемых в мужском организме). Помимо половых стероидных гормонов клетки Лейдига синтезируют нейропептиды, ?-эндорфин, метэнкефалин, которые обладают паракринным действием на клетки Сертоли и сперматогенные клетки [74]. Клетки Лейдига синтезируют также интерлейкин-1 и окситоцин, который вызывает сокращение семенных канальцев.

Извитые семенные канальцы, приближаясь к средостению, сливаются и становятся прямыми. Прямые канальцы переходят в сеть канальцев, находящуюся в средостении. От нее берут начало выносящие протоки (канальцы), которые переходят в придаток яичка. Выносящие протоки вместе с прямыми канальцами и сетью канальцев средостения яичка образуют часть отводящих путей мужской половой железы.

Придатки яичек (эпидидимисы) служат для проведения, дозревания и накопления сперматозоидов. Они состоят из головки, тела и хвоста и являются андрогензависимыми секреторно-активными органами. Головка образована 12–15 выносящими канальцами, которые сливаются в проток придатка. Придатки яичек прилегают к верхней поверхности яичек. В канале придатка спермии накапливаются в больших количествах (например, у быка 20–40 млрд). Здесь они претерпевают дальнейшие морфофункциональные изменения («дозревают») в течение 8–20 дней. В кислой бескислородной среде канала придатка спермии впадают в состояние, подобное анабиозу, приобретают уплотненную липопротеидную оболочку и отрицательный заряд, что предохраняет их от действия кислых продуктов и от агглютинации в половых путях самки. В придатке изменяются также антигенные свойства поверхности спермиев. Оплодотворяющую способность спермии сохраняют в придатках семенника до 2–3 мес. Достигшие каудального отдела придатка спермии обладают высокой оплодотворяющей способностью и могут высвобождаться при эякуляции из каудальной части («хвоста») придатка семенника. Находящиеся в придатке яичка спермиофаги играют важную роль в утилизации старых и нежизнеспособных форм сперматозоидов. Маркер функции придатка яичек – содержание гиалуронидазы в сперме.

Семявыносящие протоки являются продолжением протоков придатков: они начинаются от нижнего конца (хвоста) придатков, затем идут вверх и через паховый канал – в брюшную полость, здесь достигают мочевого пузыря и впадают в верхнюю (предстательную) часть мочеиспускательного канала.

Сперматозоиды, закончившие формирование, попадают в систему семявыводящих путей. Внутри семенника – это прямые канальцы, сеть семенника и выносящие канальцы семенника, выстланные однослойным плоским эпителием; вне семенника – канал придатка и семявыводящий проток.

Добавочные железы включают семенные пузырьки, бульбоуретальные железы и предстательную железу (простату). Все добавочные железы вырабатывают специфические секреты, основное предназначение которых заключается в химической нейтрализации кислой реакции мочи выделяемым ими щелочным секретом (слизью) и в дальнейшем благоприятном прохождении по каналу и выживаемости сперматозоидов.

Семенные пузырьки – парные добавочные железы репродуктивной системы самцов. Они располагаются за мочевым пузырем, возле его дна, имеют вид сильно изогнутой трубки с резко суженным концом. Последний сливается с конечной частью семявыносящего протока; после этого единый проток вступает в толщу простаты, где открывается в мочеиспускательный канал. Семенные пузырьки секретируют жидкость, разбавляющую сперму, в которой содержится фруктоза, являющаяся источником питания сперматозоидов. Уровень фруктозы является маркером функции семенных пузырьков и андрологическим эквивалентом андрогенной насыщенности мужского организма. Нормальное содержание фруктозы в сперме человека составляет 10–60 ммоль/л. Снижение содержания фруктозы в сперме приводит к астенозооспермии (снижение подвижности сперматозоидов) и бесплодию. Эпителий семенных пузырьков образует простагландины, которые относятся к «местным», или клеточным, гормонам, азотистые вещества, белки, инозит, аскорбиновую кислоту и др. Секрет пузырьков имеет слабощелочную реакцию, рН которого 7,3, составляет до 50–60 % жидкой части спермы, смешиваясь с секретом яичек, играет роль защитного коллоида, придавая сперматозоидам большую сопротивляемость и устойчивость.

Предстательная железа (простата) – непарный орган, который находится сразу под дном мочевого пузыря, окружая начальную часть мочеиспускательного канала – ту, в которую открываются семявыносящие протоки и семенные пузырьки. Простата является одновременно и железистым, и мышечным органом, т. е. представляет собой совокупность отдельных 30–50 простатических железок трубчато-альвеолярного строения, окруженных мышечной и соединительно-тканной стромой. Как экзокринная железа простата продуцирует секрет, поставляющий 30–40 % жидкой части спермы; в ней также синтезируются простагландины, простатический специфический антиген (ПСА), фибринолизин и фиброгеназа, необходимые для разжижения эякулята, в ней происходит также синтез лимонной кислоты, цинка, кислой и щелочной фосфатазы. В секрете предстательной железы содержится значительное содержание спермина, который придает эякуляту специфический запах. В предстательной железе происходит метаболизм тестостерона, который под действием 5?-редуктазы превращается в 5?-дигидротестостерон. Мышечные элементы простаты во время эякуляции выбрасывают секрет из железок и образуют непроизвольный сфинктер мочеиспускательного канала. Уровни цинка и цитрата в сперме являются маркерами состояния простаты.

Бульбоуретральные (куперовы) железы – это две небольшие железки (у человека величиной с горошину) в толще мочеполовой диафрагмы. Концевые отделы – альвеолярно-трубчатого типа. Протоки открываются в мочеиспускательный канал. Куперовы железы секретируют слизистую (и потому вязкую) жидкость (секрет), имеющую щелочную реакцию, защищающую стенки мочеиспускательного канала от раздражения мочой и спермой. В ней содержатся сиалопротеиды и аминосахара, которые, очевидно, участвуют в кондиционировании и трофике сперматозоидов, а также служат для смазки уретры перед эякуляцией.

2.2. Сперматогенез

Образование мужских половых клеток (сперматогенез) протекает в извитых семенных канальцах и включает 4 последовательные стадии или фазы: размножение, рост, созревание и формирование. Продолжительность сперматогенеза у человека примерно 75 дней, у мыши – 35, у крысы – 50, кролика – 41, собаки – 56, у петуха – 25 дней.

Сперматогенез у половозрелого организма – это продолжение общего процесса, который начинается еще на самых ранних стадиях эмбриогенеза. В этом процессе можно выделить три стадии.

Первая стадия гоноцитов (первичных половых клеток). Развитие первичных половых клеток идет в сторону мужских половых клеток. После этого клетки, которые теперь называются пресперматогонии, вступают в длительный период покоя. В возрасте 7–8 лет у мальчиков пресперматогонии начинают интенсивно делиться, что приводит к образованию большого количества изолированных сперматогоний. В отличие от последующих сперматогенных клеток изолированные сперматогонии не связаны друг с другом цитоплазматическими мостиками.

Изолированные сперматогонии вновь вступают на несколько лет в период покоя до достижения половозрелости.

Начальной фазой сперматогенеза является размножение сперматогоний, которые занимают наиболее периферическое (базальное) положение в сперматогенном эпителии (рис. 2.3). Деление сперматогоний у самцов совершается непрерывно в течение всей репродуктивной жизни [78]. Согласно современным представлениям, среди сперматогоний можно выделить два типа клеток: 1) стволовые сперматогонии типа А, которые подразделяются на две субпопуляции: долгоживущие, резервные стволовые клетки и быстро обновляющиеся полустволовые клетки, которые делятся один раз в течение цикла сперматогенного эпителия, 2) дифференцирующиеся сперматогонии типа А и типа В.

Рис. 2.3. Схема сперматогенеза [74]

Стволовые клетки расположены в базальной части канальца изолированно от других сперматогоний. Морфологически в популяции стволовых А-сперматогоний различают светлые и темные клетки. Для обеих клеток характерно преобладание в ядрах деконденсированного хроматина и расположение ядрышек около ядерной оболочки. Однако в темных клетках типа А степень конденсации хроматина большая, чем в светлых клетках. Темные клетки относят к «резервным» медленно обновляющимся стволовым клеткам, а светлые – к полустволовым быстро обновляющимся клеткам. Для стволовых клеток характерно наличие овальных ядер с диффузно распределенным хроматином, одного или двух ядрышек, большое содержание в цитоплазме рибосом и полисом, малое количество других органелл.

Часть стволовых клеток типа А при делении не завершают цитокинез и остаются соединенными цитоплазматическими мостиками, т. е. образуют синцитий. Появление таких спаренных сперматогоний свидетельствует о начале процессов дифференцировки мужских половых клеток. Дальнейшее деление таких клеток приводит к образованию цепочек или групп сперматогоний, соединенных цитоплазматическими мостиками. Клетки типа В имеют более крупные ядра, хроматин в них не дисперсный, а собран в глыбки.

В следующий период (период роста) сперматогонии перестают делиться митозом, увеличиваются в объеме и вступают в первое деление мейоза. Это начало их дифференцировки в сперматоциты 1-го порядка, и начало уже третьего периода – периода созревания. Синцитиальные группы сперматогоний начинают перемещаться в адлюминальную зону сперматогенного эпителия.

В I клеточном цикле мейоза происходит ряд событий, которые его значительно отличают от обычного клеточного цикла. После вступления в I цикл созревания сперматоциты 1-го порядка синтезируют ДНК, ее количество удваивается, так же как удваивается за счет репликации количества хромосом. Следовательно, после S-периода эти клетки нужно считать тетраплоидными. После короткого G