Радиационное поражение и пути восстановления репродуктивной системы самцов млекопитающих

УДК [599:591.16]:614.876

Верещако, Г. Г. Радиационное поражение и пути восстанов
ления репродуктивной системы самцов млекопитающих / Г. Г. Верещако, А. М. Ходосовская, О. Л. Федосенко ; Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т радиобиологии. – Минск : Беларуская навука, 2018. ‒ 
175, [1] с. ‒ ISBN 978-985-08-2264-2.

Дана оценка реакции репродуктивной системы самцов крыс на хрониче
ское и длительное облучение, начиная с ранних этапов ее формирования. 
Проанализировано морфофункциональное состояние репродуктивной системы самцов потомства, полученного от облученных родителей, в том числе
в условиях длительного пребывания на радиоактивно загрязненной территории зоны отчуждения Чернобыльской АЭС. Описано влияние биологически 
активных веществ на восстановление нарушений в репродуктивной системе 
животных, подвергнутых радиационному воздействию, и на противолучевую 
защиту организма.

Предназначена радиобиологам, экологам, специалистам, занимающимся 

проблемами радиационной безопасности, студентам биологических и медицинских УВО и всем, кто интересуется проблемами ближайших и отдаленных последствий хронического облучения организма.

Табл. 22. Ил. 24. Библиогр.: 255 назв.

Р е ц е н з е н т ы:

член-корреспондент, доктор медицинских наук, профессор Л. М. Лобанок,

доктор биологических наук, профессор И. В. Ролевич

© Верещако Г. Г., Ходосовская А. М.,
    Федосенко О. Л., 2018
© Оформление. РУП «Издательский дом
    «Беларуская навука», 2018

ISBN 978-985-08-2264-2

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АлАТ 
– аланинаминотрансфераза

АстАТ – аспартатаминотрансфераза
АЭС 
– атомная электростанция

Бк 
– беккерель, единица радиоактивности в системе СИ

ГНТФ – глиальный нейротрофический фактор
Гр 
– грей, единица поглощенной дозы ионизирующих излучений в си
 
 
стеме СИ

ИСК 
– извитые семенные канальцы

ИФР 
– инсулиноподобный фактор роста

ЛГ 
– лютеинизирующий гормон, или лютропин

ЛД 
– летальная доза

ЛДГ 
– лактатдегидрогеназа

м. д. 
– мощность дозы

МДА 
– малоновый диальдегид

мЕд 
– международная единица (при указании содержания гормонов)

мРНК 
– матричная рибонуклеиновая кислота

НИЛИ – низкоинтенсивное лазерное излучение
ПВК 
– пировиноградная кислота

ПГРЭЗ – Полесский государственный радиацонно-экологический заповедник
ПОЛ 
– перекисное окисление липидов

ППК 
– первичные половые клетки

Р 
– внесистемная единица экспозиционной дозы облучения

 
 
(1 Р = 2,58 ⋅ 10−4 Кл/кг)

р. 
– раз (при указании кратности воздействия при фракционированном

 
 
облучении)

рад 
– внесистемная единица поглощенной дозы ионизирующих излуче
 
 
ний (1 рад = 0,01 Гр)

СДГ 
– сукцинатдегидрогеназа

ФИД 
– фактор изменения дозы

ФРСК 
– фактор регуляции стволовых клеток

ФСГ 
– фолликулостимулирующий гормон, или фоллитропин

ФУД 
– фактор уменьшения дозы

ЦНС 
– центральная нервная система

ЦТК 
– цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

ЧАЭС – Чернобыльская АЭС

ВВЕДЕНИЕ

Интерес к проблеме радиационного воздействия на мужскую 

репродуктивную систему возник с момента появления радиобиологии как науки. Это обусловлено особой ролью данной системы в организме, которая наряду с женской репродуктивной 
системой обеспечивает размножение живых организмов и тем 
самым осуществляет генетическую непрерывность поколений. 
Еще в начале ХХ в. (1904–1906 гг.) французские исследователи 
И. Бергонье и Л. Трибондо на основе изучения реакции клеток 
семенников на облучение сформулировали закон, согласно которому клетки являются радиочувствительными в том случае, 
если они обладают высокой митотической активностью, способны в норме к большому количеству делений, морфологически
и функционально недифференцированы [1].

Исследования действия ионизирующего излучения на ткань 

сперматогенного эпителия [2–10], генетических эффектов в половых клетках [11–13], особенностей метаболических превращений, происходящих в тестикулярной ткани, и эндокринной регуляции процесса сперматогенеза при облучении [2, 14–23] привели к заключению, что яички (семенники), являющиеся основным 
органом мужской репродуктивной системы, относятся к критическим, т. е. одним из наиболее радиочувствительных органов,
и их повреждение является важной частью радиационных синдромов у человека.

В последующем в связи с расширением контингента лиц, кон
тактирующих с источниками ионизирующих излучений, возникла необходимость уделить особое внимание изучению реакции 
мужской репродуктивной системы при длительном, в том числе 
хроническом и фракционированном, облучении [24–31]. Полученные данные позволили выяснить закономерности радиацион

ного поражения мужской репродуктивной системы в зависимости 
от длительности радиационного воздействия, мощности дозы
и т. д., которые носят в отношении тестикулярной ткани особый 
специфический характер, и он значительно отличается от реакции других систем организма на хроническое облучение. Если 
для большинства тканей хроническая доза гамма-излучения менее эффективна, чем такая же доза, полученная однократно,
то для ткани сперматогенного эпителия она вызывает эффекты 
более значительные, чем при остром облучении в аналогичных 
дозах [2, 32, 33]. В зависимости от суммарной дозы при хроническом облучении гибель сперматогенной ткани может привести
к различной степени атрофии семенников вплоть до возникновения необратимой стерильности.

Вместе с тем следует отметить, что до сих пор недостаточно 

изучено влияние длительного и хронического радиационного 
воздействия на репродуктивную систему самцов во время ее формирования в период пренатального и раннего постнатального 
развития. Существенный интерес представляет также анализ ближайших и отдаленных последствий облучения у потомства, полученного от облученных родителей или одного из них.

Особую актуальность проблема влияния хронического облу
чения на организм и репродуктивную систему приобрела после 
применения ядерного оружия в Хиросиме и Нагасаки, его последующих испытаний и ряда крупных радиационных аварий 
на предприятиях ядерно-перерабатывающего цикла и АЭС: Уиндскейл, 1957 г.; Южно-Уральская радиационная авария, 1957 г.; 
Три-Майлз-Айленд, 1979 г.; Чернобыль, 1986 г.; Фукусима, 2011 г. 
Это привело к поступлению в окружающую среду большого количества продуктов ядерного деления, повышению естественного радиационного фона, облучению людей и объектов живого 
и растительного мира. Кроме того, за последние годы произошло существенное увеличение лиц, постоянно контактирующих 
с источниками ионизирующих излучений, что приводит к длительному или хроническому облучению человека в малых дозах. Вследствие этого вопрос о последствиях влияния ионизирующей радиации на организм, в частности на мужскую репро

дуктивную систему, в современных условиях сохраняет высокую актуальность.

Комплексный анализ репродуктивной системы самцов, обита
ющих в условиях радиоактивного загрязнения (зоне отчуждения 
ЧАЭС), где происходит постоянное низкоинтенсивное внешнее 
и внутреннее хроническое воздействие, а также у их потомства, 
полученного от облученных животных, позволяет оценить возможности адаптации этой системы.

Высокое поражающее действие ионизирующей радиации

на мужскую репродуктивную систему вызывает необходимость 
поиска эффективных методов ее защиты или снижения поражающего действия радиации. Ранее при действии больших доз радиации противолучевая защита организма, включая репродуктивную систему, была основана преимущественно на использовании химических протекторов [11, 34–36], которые практически 
непригодны при малых дозах и хроническом радиационном воздействии. В диапазоне относительно малых и нелетальных доз 
ионизирующей радиации первоочередное значение приобретают 
такие свойства, как нетоксичность, отсутствие побочного действия 
при их длительном применении, поскольку в механизме защиты 
существенно возрастает роль неспецифических эффектов. В связи 
с этим в таких условиях наибольший интерес представляют биологически активные вещества, такие как антиоксиданты, адаптогены, метаболиты промежуточного обмена, витамины и т. д. [37]. 
Исследование повышения радиоустойчивости репродуктивной 
системы самцов с помощью биологически активных веществ 
явилось важнейшей составной частью настоящей работы.

В монографии обобщены данные литературы и результаты 

многолетних исследований влияния ионизирующего излучения 
на репродуктивную систему самцов крыс (при внешнем длительном и хроническом облучении, в условиях воздействия низкоинтенсивного радиационного фона зоны отчуждения ЧАЭС и модификации радиационных эффектов при введении облученным 
животным биологически активных веществ), осуществленных
в лаборатории биохимии, с 2004 г. – лаборатории эндокринологии и биохимии Института радиобиологии НАН Беларуси.

Глава 1

РЕПРОДУКТИВНАЯ СИСТЕМА
САМЦОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ:
СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ,
РЕГУЛЯЦИЯ, РАЗВИТИЕ

Репродуктивная система самцов млекопитающих, в том чис
ле и мужская репродуктивная система, – это совокупность органов, предназначенных для воспроизводства себе подобных особей в ходе полового размножения. Все существующие в настоящее время сложно устроенные организмы эволюционировали 
преимущественно путем приобретения механизма полового размножения. Новые комбинации генов, возникающие в ходе формирования половых клеток и последующего оплодотворения, 
создают предпосылки для расширения возможностей приспособления к изменяющимся условиям окружающей среды. У самцов 
большинства видов млекопитающих репродуктивная система 
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». Особенностью 
функционирования семенников является сочетание внешних (генеративных) и внутрисекреторных (выработка половых стероидных 
гормонов) функций, которые во взаимодействии с гипоталамогипофизарной системой регулируют развитие и функционирование репродуктивной системы самцов млекопитающих в целом. Строение органов мужской репродуктивной системы на современном уровне подробно рассматривается в ряде монографий 
и учебников, изданных в последние годы [38–42].

1.1. Строение и функция органов репродуктивной
системы самцов млекопитающих

Репродуктивная (половая) система самцов млекопитающих 

представляет собой совокупность органов системы размножения, которые разделяют на внутренние и наружные (рис. 1.1).
К наружным половым органам относятся мошонка и половой 
член (пенис), а внутренние органы можно условно разделить
на три группы: семенники, или яички, с придатками (эпидидимисами); семявыносящие протоки; добавочные железы – семенные 
пузырьки, предстательная железа (простата), бульбоуретральные 
(куперовы) железы.

Семенники (яички) – основной орган репродуктивной (половой) 

системы самца. В онтогенезе семенники закладываются на вентромедиальной 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 [42]. Особенностью функционирования семенника является то, что температура в полости мошонки ниже, чем 
температура тела на 2–3 °С, что создает более благоприятные 
условия для сперматогенеза и переживаемости спермиев.

Семенник имеет яйцевидную 

форму (рис. 1.2). У человека яички 
достигают длины 4–5 см, ширины 
2,5–3,5 см и весят 20–30 г. У половозрелых крыс масса семенников 

Рис. 1.1. Структура полового аппарата самца крысы [43]: 1 – семенник; 2 – придаток 
семенника (эпидидимис); 3 – семявыносящий проток; 4 – вентральная простата; 
5 – дорсальная простата; 6 – семенные пузырьки; 7 – коагуляторная железа; 8 – шейка 
мочевого пузыря; 9 – ампульная железа; 
10 – купферовы железы; 11 – препуциаль
ные железы; 12 – пенис; 13 – уретра

колеблется в пределах 1,5–2,0 г. Это 
парная дольчатая паренхиматозная 
трубчатая железа с экзо- и эндокринной функциями, в которой 
одновременно и осуществляется 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 – 
основное место образования простагландинов, влияющих на сократительную способность гладкой мускулатуры половых путей 
и повышение подвижности сперматозоидов [38–42].

Снаружи семенники покрыты брюшиной. Под ней распола
гается белочная оболочка, образованная из плотной соединительной ткани. Белочная оболочка имеет продолжение в ткани 
яичка, где она формирует средостение яичка – неполную вертикальную перегородку, и лучеобразные перегородки, расходящиеся из средостения, как из центра. Эти перегородки делят яичко 
примерно на 250 долек. В каждой дольке находится 1–4 извитых 
семенных канальца (ИСК). Это длинные, сильно извитые трубчатые образования, выстланные эпителием и образующие паренхиму яичка. Семенные канальцы имеют цилиндрическую 
форму, их диаметр составляет от 120 до 140 μ. В них происходит сперматогенез – образование сперматозоидов из стволовых 
сперматогенных клеток. Каждое яичко содержит порядка тысячи ИСК. На своем протяжении семенные канальцы многократно 
складываются, что и определило их название. Общая длина семенных канальцев очень велика. В яичке человека количество 

Рис. 1.2. Строение семенника (яичка) и его 
придатка [44]: 1 – белочная оболочка; 2 – 
перегородки яичка; 3 – извитые семенные 
канальцы; 4 – прямые семенные канальцы 
(tubuli recti); 5 – хвост придатка яичка; 6 – 
сеть яичка в средостении; 7 – семявыносящие канальцы яичка; 8 – канальцы эпидидимиса; 9 – семявыносящий проток;

10 – головка придатка яичка

ИСК достигает 300–450. В вытянутом состоянии длина одного 
канальца составляет 30–70 см, а общая протяженность всех семенных канальцев в обоих яичках – 400–500 м. Длина семенных 
канальцев семенников многих животных не менее значительна, 
например, у взрослого кабана она составляет более 3000 м.

Каждый извитый каналец семенника покрыт соединительно
тканной 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 (рис. 1.3). В нем содержатся две основные 
популяции клеток: сперматогенные клетки, находящиеся на различных стадиях дифференцировки (стволовые клетки, сперматогонии, сперматоциты I и II порядка, сперматиды и сперматозоиды), 
и поддерживающие клетки – клетки Сертоли, или сустентоциты, 

Рис. 1.3. Клетки сперматогенного эпителия (строение стенки семенного
канальца человека) [45]: 1 – поздняя (удлиненная) сперматида; 2 – ранняя 
(круглая) сперматида; 3 – пахитенный сперматоцит; 4 – сперматогоний типа А 
темный; 5 – базальная мембрана канальца; 6 – клетки Сертоли; 7 – спермато
гоний типа А светлый; 8 – сперматогонии типа В; 9 – сперматозоиды