Патоморфологические закономерности организации паренхимы семенников при нарушении внегипоталамической регуляции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.03.02, доктор медицинских наук Слесарева, Елена Васильевна

• Слесарева, Елена Васильевна
• доктор медицинских наук
• 2013

Оглавление диссертации доктор медицинских наук Слесарева, Елена Васильевна

1.1. Морфофункциональные основы репродуктивной функции в мужском организме

Несмотря на то, что демографические проблемы в Российской Федерации на данном этапе выведены в ряд приоритетных, изучение факторов, приводящих к снижению мужской фертильности в большей части сводятся к исследованию инфекционной патологии и воздействию токсических факторов на сперматогенез (Астраханцев А.Ф., 1996; Состояние сперматогенеза крыс., 2000; Анализ влияния общего облучения на сперматогенез., 2004; Керкешко Г.О., 2001). Хронопатология мужской репродуктивной системы до настоящего времени остается вне поля зрения исследователей. Наиболее активно фундаментальные аспекты организации гонад изучались в 70 - 90-х годах 20 века (Структурные основы сперматогенеза., 1980; Рузен-Ранге Э., 1980; Райцина С.С., 1985; Clermont Y., Leblond С., 1959; Pineal actions and mechanisms., 1981). В последние десятилетия интерес к данным вопросам значительно снизился. С этими аспектами связано большое количество приведенных в литературном обзоре ссылок на работы тех лет.

Репродуктивная функция в мужском организме включает в себя продукцию половых клеток - сперматогенез, и половое поведение, в формировании которого ведущую роль играют половые стероиды. В современной литературе при анализе различных аспектов проблемы размножения используется и термин «репродуктивная стратегия», под которым понимают набор адаптаций или механизмов, обеспечивающий наибольший репродуктивный успех в определенных условиях обитания. К числу этих механизмов относят те, которые регулируют время наступления и продолжительность репродуктивного периода, уровень энергозартрат на репродуктивную активность, размеры и количество гамет, степень заботы о потомстве и другое (Генетико-физиологические механизмы регуляции.,

1983; Шевлюк H.H. и др., 1999; Репродуктивная стратегия., 2006). В тоже время, существование вида, его способность выжить в данной среде зависят от сохранности генома, который вносит сперматозоид в яйцеклетку при оплодотворении. То есть сперматогенез является весьма консервативным, стабильным процессом, находящимся под контролем эндокринной, нервной и иммунной систем организма (Райцина С.С., 1985; Астраханцев А.Ф., 1996).

В ходе филогенеза сформировался тип структурной организации мужской гонады, который в принципиальном плане сходен у всех амниот (Рузен-Ранге Э., 1980). H.H. Шевлюк (2003) предложил выделять в органе в условиях активного сперматогенеза ряд топографических участков, отличающихся по морфофункциональным параметрам (канальциево-интерстициальные комплексы). В состав такого комплекса включены следующие элементы: эпителиосперматогенный слой (сустентоциты и развивающиеся половые клетки), элементы гематотестикулярного барьера, интерстициальные эндокриноциты, кровеносные и лимфатические капилляры и стромальные компоненты интерстициальной соединительной ткани. Количество таких топографических участков зависит как от морфофункциональных параметров извитых семенных канальцев, так и тесно взаимодействующих с ними перитубулярных эндокриноцитов. На наш взгляд, изучение регуляции функции семенников целесообразно проводить, опираясь на комплексное определение изменений в каждом из компанентов канальциево-интерстициального комплекса.

1.1.1. Пространственно-временная организация сперматогенеза.

Сперматогенез - это сложный процесс клеточного размножения и дифференцировки, приводящий к формированию из малодифференцированной сперматогонии высокоспециализированной клетки - сперматозоида, все этапы которого подвержены сложной гормональной регуляции. В сперматогенезе условно выделяют 3 основные фазы: пролиферативную, в течение которой диплоидные сперматогониии

Поэтому при описании развития сперматид в семеннике человека были использованы изменения в строении ядра и размерах цитоплазмы на препаратах, окрашенных гематоксилин эозином (Clermont Y., 1963; Heller C.G., Clermont Y., 1964). При этом оказалось возможным выделить лишь 6 этапов в спермиогенезе человека.

Дифференцировка сперматогенных клеток у млекопитающих происходит в семенных канальцах. На поперечном срезе семенного канальца обнаруживаются одновременно четыре или пять генераций половых клеток (развитие каждой определенной генерации половых клеток происходит совместно с более ранними и более поздними генерациями). Несмотря на то, что на срезах разных канальцев обнаруживаются клетки различных этапов созревания, их распределение в составе сперматогенного слоя не является случайным: они образуют группы или сочетания клеток строго постоянного состава. Поскольку каждая генерация клеток не является чем-то застывшим, а развивается и преобразуется в другой тип клеток, микроскопическая структура каждого участка семенного канальца постоянно изменяется, в результате чего, одно сочетание сперматогенных клеток заменяется другим.

Полная серия морфологических изменений, наблюдающихся между появлением двух одинаковых сочетаний сперматогенных клеток в одном участке семенного канальца, названа циклом сперматогенного эпителия. На протяжении сперматогенеза наблюдается несколько циклов, каждый из которых состоит из ряда стадий. У крыс описаны 14 стадий (Leblond С.Р., Clermont Y., 1952). Цикл сперматогенеза был определен для мыши (Oakberg Е.Р., 1956; Сурикова К.К., 1959), морской свинки (Clermont Y., 1963), северного оленя (Бороздин Э.К., 1964) и других млекопитающих. У человека, из-за указанных выше причин, выявлено лишь шесть стадий сперматогенного цикла (Clermont Y., 1963). При этом часто наблюдались гетерогенные, или неполные сочетания, в которых клеточные элементы двух соседних стадий смешивались или те или иные генерации клеток отсутствовали.

Строгая пространственная и временная координация сперматогеннных клеток в процессе их развития, которая проявляется в существовании сперматогенного цикла, распространяется также на взаимосвязь между отдельными стадиями сперматогенеза по длине семенного канальца. Последовательное распределение стадий сперматогенного цикла по длине семенных канальцев составляет сперматогенную волну (Райцина С.С., 1985). Сперматогенная волна была детально исследована у крыс с помощью метода, который раньше был использован для изучения сперматогенного цикла (Регеу В. et.al., 1961). Семенной каналец взрослой крысы содержит в среднем 12 волн длиной по 2,6 см каждая с пределом колебаний от 0,7 до 6 см. Если 20% волн не имеют значительных отклонений, то 17% могут иметь более трех. Сперматогенная волна была обнаружена у мыши, морской свинки, кролика, хомяка, собаки, кошки и барана (Ortavant R., 1959), не удалось ее обнаружить у человека (Heller C.G., Clermont Y., 1964).

Механизмы, находящиеся в основе существования сперматогенного цикла и волны, до настоящего времени остаются неизученными. Известно, что длительность сперматогенного цикла не изменяется под влиянием гормональных и других факторов (гипофизэктомия, введение тестостерона, ЛГ, ФСГ, тимэктомия, повышение температуры и др.) (Ortavant R., 1959; Harvey S.C., Clermont Y., 1962; Desclin J., Ortavant R., 1963; Шилкина JI.A., 1978, Райцина С.С., 1985). Существование цикла сперматогенного эпителия основано на совершенно точной синхронизации жизненных циклов клеток сперматогенного эпителия. При этом синхронно развиваются, растут и делятся не только клетки одной генерации, связанные цитоплазматическими мостиками, но и различные типы сперматогенных клеток: сперматогонии, сперматоциты I и II порядка и сперматиды. Координированное развитие клеток сперматогенного эпителия разных генераций, составляющих 1 стадию сперматогенного цикла, вероятно, достигается локальными механизмами контроля сперматогенеза. Ряд исследователей полагают, что важная роль в регуляции коррелятивных взаимоотношений принадлежит клеткам Сертоли

Рузен-Ранге Э., 1980; Changes in the lipid inclusion Sertoli., 1987; Lamaro-Carvalho T.L., Kempinas W.Y., 1988). Их предположения основываются на данных об изменении ультраструктуры сустентоцитов в связи со стадией сперматогенного цикла. Однако, наличие сперматогенного цикла у незрелых и гипофизэктомированных животных, у которых спермиация отсутствует, а соответственно нет и глубоких изменений в структуре клеток Сертоли, не согласуется с приведенной выше гипотезой (Райцина С.С., 1985). Л.А. Данилова, С.С. Райцина (Структурные основы сперматогенеза., 1982) считают, что высокая степень синхронности жизненных циклов мужских половых клеток в процессе резвития, лежащая в основе цикла сперматогенного эпителия, достигается не какими-либо дополнительными факторами контроля, а обусловлена действием внутренних механизмов, заключенных в самих развивающихся половых клетках типа «внутриклеточных часов».

Таким образом, пространственно-временная организация процесса сперматогенеза характеризуется строгой упорядоченностью. Его продолжительность является величиной постоянной для данного вида животных и не зависит от действия эндогенных и экзогенных факторов. Стволовые сперматогонии являются наиболее устойчивыми к действию повреждающих факторов и обеспечивают восстановление сперматогенеза при его повреждении. Наличие стадий сперматогенного цикла, образованных постоянными клеточными сочетаниями, позволяет использовать их количественный анализ для характеристики течения сперматогенеза и его отдельных этапов в тех или иных условиях.

1.1.2 Морфофункционалъные особенности организации эндокринной ткани семенника.

У крыс интерстициальная ткань семенников, занимающая пространства между извитыми семенными канальцами и кровеносными и лимфатическими сосудами, представлена в основном клетками Лейдига, значительно меньше содержится соединительнотканных клеток (в основном фибробласты и макрофаги) и волокон, (Райцина С.С. и др., 1982; Connel СЛ., 1976). По данным H.Mori и соавторов (1980) клетки Лейдига занимают 2,7% объема семенника. По отношению к общей площади извитых семенных канальцев, площадь интерстициальной ткани составляет около 18 % (Макарова Н.П.,

2005).

У млекопитающих в процессе развития существует, как минимум, 2 типа (2 популяции) клеток Лейдига. Первый тип - фетальные клетки Лейдига, возникающие пренатально и продуцирующие андрогены, необходимые для маскулинизации урогенитальной системы самцов. Эта популяция инволюциирует после рождения (у крыс в течение первых 3 недель). Второй тип - взрослые клетки Лейдига, возникающие постнатально в период полового созревания и ответственные за стероидогенез и, следовательно, за поддержание половой функции самцов (Пролиферация и дифференциация регенерирующих клеток Лейдига., 2001; Ахмерова Л.Г.,

2006). Процесс превращения незрелых клеток в функционально зрелые, взрослые клетки Лейдига сопровождается увеличением их размеров, снижением количества липидных гранул, дальнейшим увеличением объема гладкого эндоплазматического ретикулюма, увеличением количества мембранных ЛГ-рецепторов (Effects of luteinizing hormone (LH) and androgen ., 1995). С наступлением половой зрелости это уже высокоспециализированная популяция с очень низким митотическим индексом, который остается практически постоянным в течение всей жизни (Пролиферация и дифференциация регенерирующих клеток Лейдига., 2001; Ахмерова Л.Г., 2006). Наряду с высокодифференцированными клетками в семенниках половозрелых крыс, по мнению некоторых авторов, можно обнаружить клетки Лейдига промежуточных стадий дифференцировки (Moore А., Morris I.D., 1993; Mendis-Handagama S.M., Ariyaratne Н.В., 2001).

Вопрос об источниках появления новой популяции клеток Лейдига является дискуссионным. С. J. Connel (1972) в качестве такого называл фибробластоподобные клетки. H.Mori et al. (1987) указывали на миоидные клетки стенки извитого канальца, как возможный источник дифференцировки перитубулярных клеток Лейдига. J. В. Kerr (1991) описал трансформацию интерстициальных фибробластов в эндокриноциты. M. Nistal et al. (1986), выделяя в онтогенезе человека 4 генерации клеток Лейдига (фетального типа, инфантильного типа, препубертатные и зрелые), описывали превращение фетальных в инфантильные, а в качестве источника для препубертатных клеток, превращающихся в зрелые, называли клетки, сходные с миофибробластами. J. Naka et al. (1991) в качестве источников восстановления численности популяции клеток Лейдига хомячков и крыс называли малодифференцированные клетки веретеновидной формы. В .этих клетках отсутствовали реакции на актин, десмин, виментин. Наряду с вышеизложенным, имеются сведения и о том, что фибробластоподобные клетки, называемые многими исследователями в качестве источников возникновения и пополнения популяции дефинитивных эндокриноцитов, сами могут появляться в результате дедифференцировки эндокриноцитов (Clark A.M. et al., 2000). В некоторых работах (Habert R. et al., 2001; Origin, development and regulation., 2010) обосновывается формирование дефинитивных клеток Лейдига из стволовых клеток, морфологически сходных с клетками интерстиция.

Дефинитивные клетки Лейдига относятся к популяции стабильного типа и характеризуются крайне низким уровнем пролиферативной активности. Так у препубертатных и пубертатных крыс митотический индекс составляет 2% и 0,2% соответственно для клеток Лейдига, а также 0,4% и 0,1% для фибробластоподобных и миоидных клеток (Шевлюк Н.Н., 2003; Астраханцев А.Ф., 1996; Fouquet G.P., Koinn M.L., 1987). Клетка Лейдига имеет полигональную, овальную или вытянутую формы. Эндокриноциты чаще имеют гладкие контуры с отдельными короткими микроворсинками, цитоплазма их обычно электронноплотная. Клетки Лейдига характеризуются наличием обширной цитоплазмы, в которой хорошо развит гладкий эндоплазматический ретикулюм, равномерно заполняющий всю цитоплазму, а шероховатый эндоплазматический ретикулюм представлен отдельными короткими канальцами (Дендеберов Е.С., 2002; Aoki A., Fawcett D.W., 1970). Ультрамикроскопическое строение гландулоцитов описано для мышей (Aoki A., Fawcett D.W., 1970; Wakayama Y., 1972), крыс (Дедов В.И., 1980; Хмельницкий O.K., Тарарак Т.Я., 1991), человека (Payer A. F., 1980). Гладкий эндоплазматический ретикулюм в зрелых клетках Лейдига представлен структурами везикулярной и тубулярной формы (Невструева В.В., 1974; Стадников A.A., Шевлюк H.H., 1996). Характерным для клеток Лейдига является наличие многочисленных митохондрий, кристы которых погружены в матрикс умеренной электронной плотности. В эндокриноцитах могут встречаться липидные включения и лизосомы. В ядрах клеток Лейдига имеется 1-2 интенсивно окрашивающихся ядрышка (Aoki A., Fawcett D.W., 1970). Центриоли в клетках обычно примыкают к комплексу Гольджи. Эндокриноциты могут содержать в цитоплазме пигментные включения. На поверхности гладкого эндоплазматического ретикулюма клеток Лейдига некоторых видов животных и человека находятся кристаллоиды Рейнке. Ряд исследователей полагают, что количество данных структур связано с функциональным статусом эндокриноцита, являясь показателем степени активности клеток Лейдига (Kerr J.B., 1991; Reinke's crystals in an interstitial., 2003; Ultrastructure of human Leydig cells., 1995). На мембранах клеток Лейдига обнаружены ЛГ - рецепторы и специфические пролактин рецепторы (In situ localization of prolactin receptor., 1994).

Популяция дефинитивных эндокриноцитов семенников характеризуется выраженной гетероморфностью (Шевлюк H.H., 2002; Ахмерова А.Г., 2006). Вопросам классификации эндокриноцитов семенников посвящено достаточное количество работ. При классификации использовались различные критерии: форма клеток, размеры клеток и их ядер, степень развития цитоплазмы, ядерно-цитоплазматическое отношение (Хмельницкий O.K. и др., 1989), форма поверхности клеток (De Taqos К.,

Maiti B.R., 1987) и др.

O.K. Хмельницкий и A.C. Ступина (1989) предложили разделение эндокриноцитов на 4 типа клеток: а) малые инволюционирующие клетки; б) большие клетки с пикнотическими ядрами, содержащие крупные капли липидов; в) средние клетки, являющиеся функционально активными эндокриноцитами и характеризующиеся низким значением ядерно-цитоплазматического отношения; г) малые незрелые клетки, представляющие собой камбиальные элементы для средних эндокриноцитов.

Ю.А. Медведев, A.C. Портной (1969) описали три типа клеток Лейдига: малые, средние, большие. Малые клетки имеют диаметр 10,2 ± 2,3 мкм. В группу малых клеток авторы относят как малодифференцированные, так и инволютивные формы. Малые клетки овальные или веретенообразные, ядра их располагаются в центре либо эксцентрично, имея округлую форму или форму тутовой ягоды. Цитоплазма незрелых клеток однородна, эозинофильна. Средние клетки Лейдига имеют диаметр 17,1 ± 1,4 мкм. Форма их полигональная или грушевидная, ядро округлое, имеет хорошо выраженное ядрышко. Размеры больших эндокриноцитов в 2-3 раза превышают соответствующие показатели средних клеток (их диаметр составляет 29,2 ± 4 мкм).

Основываясь на таких морфологических критериях, как форма и размеры клетки и ее ядра, степень развития цитоплазмы, состояние ядерного хроматина, наличие или отсутствие явлений деструкции в клетках H.H. Шевлюк (1999) выделил 4 группы эндокриноцитов: малодифференцированные клетки, характеризующиеся веретеновидной формой, небольшим содержанием эндоплазматической сети и отсутствием липидных капель в цитоплазме; дифференцированные, зрелые, активно функционирующие эндокриноциты, которые представлены крупными овальными клетками, элементы агранулярной эндоплазматической сети распределены в них равномерно, многочисленные митохондрии характеризуются наличием тубулярных крист; зрелые, находящиеся в неактивном состоянии эндокриноциты, имеющие неравномерное распределение в цитоплазме гладкой эндоплазматической сети и единичных липидных капель; стареющие и деструктивно измененные, гибнущие клетки.

Объем ядер клеток Лейдига (или площадь их сечения) является одним из объективных признаков, свидетельствующих об их стероидогенной активности (Локальные взаимоотношения между соматическими элементами., 1992; Шевлюк H.H., Елина Е.Е., 2006; Блинова Е.В., 2009). Для взрослых крыс установлено критическое предельное значение для этого параметра - около 30 мкм . При этом объеме ядер клетки Лейдига продуцируют тестостерон в количестве, достаточном для обеспечения полноценного сперматогенеза (Untersuchunqer zur endocrinen und spermioqenen., 1976). S.M. Mendis-Handagama et al. (1988) на материале крыс, хомячков и морских свинок показали положительную корреляцию объема клеток Лейдига, объема и площади гладкого эндоплазматического ретикулюма и пероксисом в клетках с секрецией тестостерона. Объем лизосом связан с секрецией тестостерона отрицательной корреляцией.

По местоположению в органе клетки Лейдига принято делить на периваскулярные, окружающие кровеносные капилляры и перитубулярные, лежащие вокруг извитых семенных канальцев. Эти популяции различаются не только местоположением, но и имеют гистофизиологические различия (Астраханцев А.Ф., 1996; Шевлюк H.H., 1999). Отмечается, что перитубулярные клетки Лейдига более лабильны по отношению к воздействию регуляторных факторов. Их популяция характеризуется большей гетероморфностью, связанной с этапами сперматогенеза, проходящими на данном участке извитого семенного канальца.

Таким образом, анализ данных литературы по вопросам гистофизиологии эндокриноцитов семенников показал, что к настоящему времени установлены общие закономерности морфофункциональной организации эндокриноцитов. Выявлены две популяции клеток Лейдига -фетальные и дефинитивные, сменяющие друг друга в процессе онтогенеза.

Для некоторых позвоночных представлены их ультраструктурные и гистохимические характеристики. Большое количество работ посвящено классификации эндокриноцитов семенников. В тоже время, невыясненными остаются вопросы изменения функциональной активности эндокриноцитов в течение суток и возможности регуляции изменений данной активности.

1.2. Гуморальные и нервные механизмы регуляции активности гонад.

1.2.1. Гормональная регуляция функции семенников.

К настоящему времени установлены многочисленные факторы, стимулирующие, либо тормозящие активность гонад (Савченко О.Н., Данилова Л.В., 1994; Гриневич В.В., Поленов А.Д., 1994; Агаджанян H.A. и др., 1998). Общеизвестно, что система, контролирующая репродуктивную функцию у позвоночных, функционирует следующим образом: информация от разнообразных источников внешней среды, поступающая в центральную нервную систему, направляется в гипоталамус. Здесь она обрабатывается, усиливается, преобразуется в гуморальный сигнал и передается в аденогипофиз, где он усиливается и посредством гонадотропных гормонов направляется к гонадам. Последние реагируют на поступивший сигнал разнообразными способами, один из которых - секреция половых гопмонов. Эти гормоны в свою очередь воздействуют на органы мишени, и в том числе по принципу обратной связи на головной мозг и гипофиз.

Ядра гипоталамуса представлены пептидергическими и моноаминергическими нейросекреторными клетками. Аркуатное ядро гипоталамуса является одним из ведущих продуцентов гонадолиберинов (Карш Ф.Д., 1987, Бабичев В.Н., 1998). Кроме того, высокая концентрация ядерных рецепторов андрогенов обнаружена в вентромедиальном ядре гипоталамуса и в медиальной миндалине (Савченко О.Н. и др., 1987; Кушлинский Н.Е., Дегтярь В.Г., 2005). Эти элементы, составляющие фундаментальную основу механизмов регуляции функций половых желез, теснейшим образом взаимодействуют и, в свою очередь, находятся под регулирующим влиянием внегипоталамических образований головного мозга. Пептидергические нейроны, регулирующие гонадотропные функции гипофиза, синтезируют и секретируют в портальную систему сосудов аденогипофиза особый декапептид - гипоталамический гонадотропин-рилизинг-фактор (Арутюнян A.B. и др., 1998).

Распространенное в предыдущие годы мнение о наличии двух гипоталамических нейропептидов, регулирующих синтез и секрецию отдельно ЛГ и ФСГ, в настоящее время не находит своего подтверждения (Карш Ф.Д., 1987). В целостном организме практически все этапы развития и функционирования половых желез - результат синергичного действия ФСГ и ЛГ. Рецепторы ФСГ расположены на клетках Сертоли и сперматогониях, преимущественно типа Б (Meachem S. et al., 2001). В опытах с культивированием изолированных клеток Сертоли показано, что они обладают поверхностными рецепторами, связывающими ФСГ. После связывания ФСГ рецепторами клеток Сертоли наблюдалось резное повышение циклической АМФ в цитоплазме и через аденилатциклазную систему инициировался синтез специфического андрогенсвязывающего белка (Means A.B., 1977).

Чувствительность клеток Сертоли к ФСГ варьирует в зависимости от стадии сперматогенеза. Для крыс определено, что низкое связывание ФСГ и низкий уровень активации циклической АМФ соответствуют стадиям VII-VIII сперматогенного цикла. Наибольшее связывание ФСГ клетками Сертоли наблюдается на XIII-I стадиях (мейоз, начало синтеза РНК в гаплоидных клетках), а также на II- VI стадиях (Parvinen М., 1983). Клетки Сертоли служат мишенями также для тестостерона (Means A.B., 1977). Известно что, ФСГ обеспечивает восприимчивость клеток Сертоли по отношению к андрогенам, стимулируя образование клетками Сертоли андрогенсвязывающего белка, который с высоким сродством связывает тестостерон и дигидротестостерон. ФСГ у взрослых животных стимулирует в клетках

Сертоли энергетический метаболизм, синтез РНК и белков, регуляцию активности рецепторов и цАМФ фосфодиэстеразной активности (Luderer U., Schwartz N., 1992). Клетки Сертоли, в свою очередь, являются источниками ингибина, регулирующего секрецию ФСГ гипофизом. Непосредственное влияние ФСГ на сперматогенез осуществляется на уровне сперматогоний типа Б и прелептотенных сперматоцитов (The endocrine regulation of spermatogenesis., 1996; Meachem S. et al., 2001). Показано, что ФСГ у гипофизэктомированных крыс восстанавливает сперматогенез, увеличивая число сперматогоний и сперматоцитов путем предотвращения дегенерации половых клеток в силу его антиапоптозного действия. Такой же эффект вызывает и тестостерон, синергическое действие которого с ФСГ необходимо для последующих стадий созревания мужских половых клеток (Matsumoto A. et al., 1986).

Стероидогенез в семенниках регулируется преимущественно ЛГ, однако в создании морфологической основы интерстициальной ткани участвует и ФСГ. Стероидогенез происходит в клетках Лейдига и заканчивается преимущественно на стадии образования тестостерона и адростендиона (Дегтярь В.Г., Кушлинский Н.Е., 2000; Ахмерова Л.Г., 2006). На клетках Лейдига обнаружены рецепторы к ЛГ. Повышение секреции ЛГ у большинства млекопитающих приводит к гипертрофии эндокриноцитов и увеличению секреции тестостерона (Ronin С., 1989). При этом реакция клеток Лейдига на повышение ЛГ осуществляется достаточно быстро. Уже спустя 1-2 ч после введения ЛГ отмечаются максимальные уровни тестостерона (Кретсер Д.М., 1987). Образующиеся андрогены проникают через гематотестикулярный барьер в клетки Сертоли, где, возможно, небольшая их часть превращается в эстрогены (Райцина С.С., 1985). Гипофизэктомия приводит к уменьшению размеров клеток Лейдига на 7085% и торможению синтеза тестостерона (Keeney D.S., Ewing L.L., 1990). Имеются данные о необходимости ФСГ и тестостерона для превращения сперматогоний в сперматоциты и последующего протекания мейотического деления сперматоцитов первого порядка (Changes in testicular function ., 1995).

В настоящее время выяснена функция третьего, связанного с репродуктивной системой, аденогипофизарного гормона - пролактина. При гиперсекреции пролактин оказывает ингибирующее влияние на чувствительность ЛГ-содержащих клеток гипофиза к гонадотропному рилизинг-фактору, а также на базальный уровень ЛГ и ФСГ в периферической крови (Кретсер Д.М., 1987). Кроме того, выявлено, что пролактин способен оказывать прямое действие на стероидогенез. Однако на уровне семенников его влияния неоднозначны: с одной стороны, пролактин повышает чувствительность семенников к ЛГ путем увеличения количества рецепторов к ЛГ в клетках Лейдига, а с другой, он может стимулировать накопление эстерифицированного холестерола, который служит предшественником для стероидогенеза в семенниках (Эндокринное бесплодие у мужчин, 1997).

Основным гормоном семенников, выделяющимся в кровь, является тестостерон. В значительно меньших количествах в кровь поступает андростендион и еще в меньших - дигиротестостерон, дигидроэпиандростерон и эстрадиол (Дегтярь В.Г., Кушлинский Н.Е., 2000). Тестостерон контролирует размножение сперматогоний типа А, деление созревания сперматоцитов и, возможно, ранние этапы дифференцировки сперматид (Ермишкин A.B., 2004; Meachem S. et al., 2001). Наряду с прямым влиянием непосредственно на сперматогонии, андрогены оказывают также непрямое стимулирующее действие на сперматогенез, усиливая продукцию АСБ клетками Сертоли (Райцина С.С., 1985).

В секреции гонадотропных гормонов и тестостерона на протяжении суток наблюдается четкий циркадианный ритм (Дедов И.И., Дедов В.И., 1992; Age-dependent effect of Freund's adjuvant., 2000). Концентрация тестостерона в крови ночью значительно выше, чем в период бодрствования. М. Karasek и соавт. (1990), анализируя временные взаимоотношения ЛГ и тестостерона, обнаружили, что между пиками концентрации этих гормонов в течение ночи существует тесная связь. Повышение концентрации тестостерона следует за подъемом уровня ЛГ с временным интервалом около 60 мин. Ночное повышение концентрации тестостерона связывают с активизацией гормональной функции семенников, которое, как полагают, является следствием увеличения чувствительности клеток Лейдига к ЛГ.

Между центральной нервной системой и половыми железами существуют реципрокные отношения. С одной стороны, воспринимая и трансформируя бесконечное множество постоянных стимулов внешней среды, головной мозг непосредственно по эфферентным нисходящим путям или опосредованно через аденогипофиз регулирует функцию половых желез. С другой стороны, гормоны яичников и семенников способны, в свою очередь, влиять на центральную нервную систему.

Половые железы оказывают на головной мозг два основных влияния: во-первых, посредством механизма отрицательной обратной связи они осуществляют тоническую, а у самок и циклическую регуляцию собственной секреции; во-вторых, модифицируют поведение животных, прежде всего половое и агрессивное (Кретсер Д.М., 1987). Наибольшее ингибирующее влияние стероидные гормоны семенников оказывают на ЛГ (Дедов И.И., Дедов В.И. , 1992). Что касается ФСГ, то наряду с тормозным влиянием на его секрецию тестостерона и эстрогенов, здесь имеет место воздействия еще одного, гормоноподобного вещества - полипептида ингибина (Кретсер Д. М., 1987). Ингибин вырабатывается преимущественно в клетках Сертоли, хотя не исключается участие в его синтезе других элементов семенного канальца. В гипофизе ингибин специфически угнетает синтез ФСГ, не влияя на продукцию ЛГ. Вместе с тем, ингибин понижает чувствительность клеток, синтезирующих ЛГ и ФСГ, к гонадотропин-рилизинг-фактору. В опытах in vitro, обнаружено, что кроме гипофиза ингибин способен воздействовать также на гипоталамус, понижая содержание в нем гонадотропного рилизинг-фактора (Ying С. et al, 1995).

Роль эпифиза и супрахиазматических ядер гипоталамуса в регуляции репродуктивной функции будет обсуждаться ниже, в соответствующей главе обзора литературы.

Помимо центральных влияний на морфофункциональную активность гонад оказывают влияние и периферические эндокринные железы. Между надпочечниками и семенниками существуют тесные взаимоотношения (Мамина В.П., 2001). Кортикостероиды оказывают угнетающее действие на спермато- и стероидогенез в семенниках. Действие их реализуется в конкуренции за андрогенсвязывающие участки рецепторов в андрогензависимых тканях-мишенях. Указания на конкурентные взаимоотношения гипоталамо-гипофизарно-гонадной и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем имеются и в работах V. Viau (2002), N. Lan et al. (2006; 2009). Повышение концентрации кортикостероидов при стрессах ингибирует процесс стероидогенеза в семенниках. Адренокортикотропный гормон и кортикостероиды уменьшают количество рецепторов ЛГ на клетках Лейдига, либо занимают места этих рецепторов.

N. Kapil et al. (1989) показали, что в зависимости от дозы, адренокортикотропный гормон (АКТГ) оказывает различное действие на клетки Лейдига. По их мнению, введение АКТГ усиливает продукцию кортикостероидов надпочечниками, в том числе и тестостерона, что может привести к подавлению секреции гонадотропных гормонов гипофизом, результатом чего и является атрофия семенников. По данным A. Armario et al. (1986) острое введение АКТГ увеличивает уровень тестостерона в сыворотке, не изменяя при этом уровня ЛГ у взрослых крыс. Отсутствие повышения уровня тестостерона и ЛГ в аналогичных условиях у кастрированных крыс свидетельствует о гонадном происхождении повышения уровня тестостерона. Вероятно, действие АКТГ на секрецию тестостерона не является прямым.

Влияние гормонов щитовидной железы на регуляцию активности гонад обсуждается в работах В.Н. Бабичева (1981), В.Н.Бабичева, В.М. Самсоновой

1983), В.П. Маминой (2001). Несмотря на то, что в ткани семенника практически не обнаружено рецепторов к тиреоидным гормонам, они являются одним из факторов, ответственных за репродуктивную функцию, поскольку участвуют в регуляции секреции гонадотропинов. Клинические наблюдения показали, что у мужчин, страдающих тиреотоксикозом, происходит снижение гормональной функции семенников и сетчатой зоны коры надпочечников. Выявлено, что у животных с сезонным ритмом размножения активность щитовидной железы и репродуктивная активность находятся в тесной взаимосвязи. Так, G.A. Bubenik, R.D. Brown (1989) показали, что у кастрированных взрослых самцов белохвостого оленя достоверных сезонных изменений деятельности щитовидной железы не было. Тогда как, у интактных животных в период гона (конец зимы - начало вескны) активность щитовидной железы минимальна, а в летние месяцы происходит активизация функций щитовидной железы.

Взаимосвязь периферических, гонадотропных и гипоталамических влияний на уровне гипоталамуса с огромным количеством поступающих сюда афферентных нервных импульсов различной химической природы составляет сущность единого сложнейшего интегративного механизма участвующего в регуляции, в частности, функции семенникового комплекса.

1.2.2. Роль нервной системы в регуляции репродуктивной функции.

Со стороны нервной системы можно выделить два основных пути регуляторных воздействий на систему репродукции - непосредственно через периферические нервы или же опосредованно, через гипоталамус и последовательно, гипофиз, изменяя функциональную активность других эндокринных желез.

Одним из универсальных методов, способствующих разрешению вопросов о роли периферической нервной системы в регуляции функциональной деятельности того или иного органа, как известно, является изучение его структурной организации в условиях нарушения иннервационных отношений с организмом, достигаемых путем повреждения нервных проводников в различных звеньях рефлекторных дуг.

При анализе срезов семенника в условиях нарушения его нервных проводников В.В. Невструевой (1979) были выявлены определенные перестройки в структурной организации собственной оболочки извитых семенных канальцев. Так, в отдельных участках этой оболочки на границе базальной мембраны с сустентоцитами и сперматогониями выявлены своеобразные уплотнения. Определялись миоидные клетки причудливой формы, глубоко вдававшиеся во внутренний фибриллярный слой, который оказался резко истонченным. При этом ядра миоидных клеток имели неправильную форму. В цитоплазме трудно различить составные компоненты, кроме мелких митохондрий и везикул. В слоях, представленных фибриллами, появлялось значительное количество светлых, свободных от каких бы то ни было структур промежутков. В результате волокна в отдельных участках оказывались рыхло расположенными, в других же наоборот, довольно плотно прилегали друг к другу. Фибробластоподобные клетки изменялись аналогично миоидным клеткам. Кроме того, происходило нарушение контактов между сустентоцитами, выражающееся в увеличении межклеточных пространств, и уплотнение цитоплазматических мембран (Невструева В.В. и др., 1979).

В некоторых извитых семенных канальцах спустя 21 день после денервации семенников сперматиды утрачивали специфические контакты с клетками Сертоли, и прекращали свое развитие (Effects of genitofemoral nerve transaction., 2001). S. H. Chow et al. (2000) отмечают, что спустя 2 месяца после хирургического рассечения внутреннего и поверхностного семенниковых нервов в 35% извитых семенных канальцев наблюдалось полное прекращение сперматогенеза. В регрессированных канальцах сохранялись лишь клетки Сертоли и единичные сперматогонии. В извитых канальцах с сохранившимся сперматогенезом был значительно повышен процент герминативных клеток, вступающих в апоптоз, преимущественно за счет сперматид. Наблюдались процессы апоптоза и в клетках Лейдига, окружающих регрессированиые канальцы. Сходная картина в денервированных семенниках была описана в работах Y. G. Gong et al. (2003, 2006).

Изучение реакции интерстиция и клеток Лейдига на денервацию показало, что в течение 3-х дней после оперативного вмешательства отмечается отек интерстициальной ткани, а затем постепенное умеренное ее разрастание. Клетки Лейдига переполнялись липидами, гранулы нейтральных мукополисахаридов в них укрупнялись (Невструева В.В., 1974). При проведении электронномикроскопического анализа выявлено переполнение клеток Лейдига крупными каплями липидов, при этом их агранулярная эндоплазматическая сеть резко расширяется, между ее крупными вакуолями отчетливо видны рибосомы в виде полисом. Ядро уплотнено и имеет неправильные контуры, принимая вид многолопастного, перинуклеарное пространство расширяется. Однако структура клеток Лейдига может изменяться и таким образом, что в них почи совершенно исчезают липидные гранулы и осмиофильное вещество, цитоплазма клеток становится однообразно темной. Комплекс Гольджи отчетливо не выражен, матрикс митохондрий уплотняется, иногда разрушаются кристы (Zhu В. et al., 2000).

Наблюдаемый в клетках Лейдига комплекс расстройств по морфологическим характеристикам сходен с реакцией интерстициальной ткани, которая имеет место при введении гормонов в дозах, превышающих физиологические, так что регистрируемые нарушения в структурной организации клеток Лейдига в условиях поражения механизмов их нервной регуляции с определенной долей достоверности могут рассматриваться как проявление их крайнего функционального напряжения.

В тоже время, М. A. Guimaraes et al. (1997) показали, что у денервированных крыс отсутствовало индуцированное односторонней кастрацией повышение уровня тестостерона в тестикулярной вене, однако суточный ритм секреции гормона при этом сохранялся, имея более низкую амплитуду по сравнению с ложнооперированными животными.

Помимо выше перечисленного, многие исследователи отмечают в денервированных семенниках неспецифические сосудистые расстройства, выражающиеся в мозаичном расширении сосудов различного калибра, переполнении их кровью, поражении сосудистой стенки (Невструева В.В., 1978, Effect of removal of superior ., 2003; Александров Н.Ю., 2004).

По-видимому, комплекс расстройств, имеющих место в различных компонентах мужской гонады при нарушении нервной регуляции, следует рассматривать не только, как результат первичного, непосредственного нарушения нервной медиации в органе (изменение медиаторного состава, изменение проницаемости мембран и др.), но и как результат вторичных гормональных сдвигов, обусловленных работой эндокринных желез по принципу «обратной связи». В имеющейся литературе отсутствуют сведения о роли периферического звена нервной системы в регуляции суточных ритмов активности мужских гонад.

1.2.3 Роль апоптоза при созревании мужских половых клеток в норме и при патологических воздействиях.

В процессе сперматогенеза происходит постоянная физиологическая дегенерация части сперматогенных клеток. Э. Рузен-Ранге в 1955 г. и независимо от него Е.Р. Oakberg в 1956 г. путем подсчетов на поперечных серийных срезах семенников обнаружили, что количество образующихся сперматоцитов на стадии прелептотены и количество круглых сперматид, возникающих после мейоза значительно меньше того числа, которое следовало бы ожидать на основании теоретического расчета. Используя метод авторадиографического исследования, Y. Clermont, A. Maugert (1978) показали, что у крыс 10,6% сперматогоний типа А дегенерируют на XII стадии цикла сперматогенного эпителия. В результате дегенерации сперматоцитов во время первого и второго деления созревания образуется только 72,6% от теоретически ожидаемого числа сперматид. Наконец, дегенерация сперматид, которая согласно наблюдениям Э. Рузен-Ранге, составляет у крыс 10% и происходит в течение 10-го и 11-го этапов спермиогенеза, в сочетании с гибелью клеток на более ранних этапах сперматогенеза приводит к тому, что только 52% от ожидаемого числа сперматозоидов образуется в результате деления и развития одной сперматогонии типа A (Clermont Y., Maugert А., 1978).

С введением в науку в 1972 г. J.F.R. Kerr термина «апоптоз», физиологическую дегенерацию созревающих половых клеток стали рассматривать как проявление генетически регулируемого процесса -апоптоза. Апоптоз сперматогенных клеток был выявлен на всех этапах сперматогенеза - при размножении сперматогоний, на стадии пахитены, мейоза, созревания сперматид (Quantitative analysis of spermatogenesis and apoptosis., 2001). К настоящему времени определены некоторые гены, участвующие в инициации апоптоза в сперматогенных клетках и изучаются механизмы протекания данного процесса в мужских гонадах. Так, для нормального течения сперматогенеза необходимо наличие проапоптозных генов семейтсва Вс1-2, в частности Вах, включающего апоптоз мало дифференцированных сперматогоний типа АГА4 и пахитенных сперматоцитов (Вax-dependent spermatogonia apoptosis., 2002; Increased apoptosis occurring during., 2004). Ген этого же семейства Bcl-xl, напротив, блокирует апоптоз первичных сперматоцитов. Снижение его активности у пожилых мужчин приводит к усилению апоптоза сперматоцитов первого порядка (Balance of apoptosis and proliferation., 2003). Известно, что на поздних стадиях созревания половых клеток, в сперматоцитах, позитивных по TUNEL и каспазе 3, экспрессируется проапоптозный ген BARD 1, активность этого гена значительно повышается при некоторых заболеваниях, ведущих к стерилизации (BARD 1 expression during spermatogenesis is., 2004).

Инициация апоптоза в семенных канальцах происходит по нескольким причинам: нарушения в структуре ДНК, происходящие в ходе митоза сперматогоний и последующего мейоза сперматоцитов, отсутствие контакта образующихся сперматогенных клеток с клетками Сертоли, воздействия каких-либо внешних факторов. Так при отсутствии стимулирующих сигналов гонадотропинов и ростовых факторов опосредованных клетками Сертоли включается митохондриальный путь активации апоптоза сперматогенных клеток, с вовлечением каспаз 2, 3, 9 и выходом цитохрома С в цитоплазму (Caspase 2 activity contributes to the., 2006). При воздействии внешних причин в активации процесса апоптоза принимают участие цитокины - фактор некроза опухолей, FADD и каспаза-8 (TNF alpha-mediated disruption of spermatogenesis., 2009). Независимо от пути, по которому протекает апоптоз, его конечным итогом является разрушение ДНК с последующей активацией полимеразы 1 поли(АДФ-рибозы) (PARP-1, ПАРП-1) (Dieldrin promotes proteolytic cleavage., 2004). Активность данного фермента возрастает более чем в 500 раз при связывании с участками разрыва ДНК.

При патологических процессах системного или местного характера также может происходить активация апоптоза сперматогенных клеток, приводящая к снижению фертильности или же к бесплодию. Так повышение температуры мошонки при варикоцеле приводит к инициации апоптоза. При моделировании экспериментального крипторхизма у крыс и мышей показано, что с седьмого дня от операции в яичке значительно увеличивается число апоптотических клеток (Heat stress causes testicular germ cell apoptosis., 1997). Cindy M. И соавторы (2000) показали, что при кратковременном воздействии тепла на яички мышей значительно усиливается апоптоз герминативных клеток. Этому процессу предшествует перераспределение проапоптотического белка Вах в перинуклеарную зону и увеличение уровня антиапоптотического белка Вс1-2. Ухудшение качества спермы под воздействием умеренной гипертермии осуществляется путем усиления апоптоза герминативных клеток, и полное восстановление сперматогенеза происходит через 12 недель после воздействия тепла (Testicular hyperthermia induces profound., 2002). P.Amiya и соавторы (2003) показали, что при апоптозе, индуцированном гипертермией, Вах накапливается и в эндоплазматическом ретикулуме, активизируя митохондриальный путь развития апоптоза. О развитии апоптоза по этому пути свидетельствуют также исследования Y. Vera et al. (2004). Существует мнение, что зависимый от андрогенов апоптоз мужских половых клеток регулируется протоонкопротеином СЫ. Указанный фермент контролирует ряд сигнальных процессов в семенниках млекопитающих. Экспрессия СЫ зависит от уровня андрогенов у крыс при воздействии на них антиандрогенным флутамидом или после удаления гипофиза (Литвинова Л.Б., 2001; Postnatal androgenization induces., 2000). Воздействие на организм некоторых токсических веществ, в частности инсектецидов, также приводит к повышению уровня апоптоза созревающих половых клеток (Effects of clothianidin exposure on sperm quality., 2012). Однако до настоящего времени, вопросы регуляции уровня апоптоза сперматогенных клеток остаются, во многом, неисследованными. Нет полной картины механизмов активации процесса апоптоза при патологических процессах, ведущих к снижению фертильности или же к мужскому бесплодию.

1.3 Эпифиз в регуляции репродуктивной функции.

Заключение диссертации по теме «Патологическая анатомия», Слесарева, Елена Васильевна

выводы

1. Пространственно-временная организация паренхимы семенников характеризуется циркадианными ритмами пролиферации, апоптоза, дифференцировки созревающих половых клеток и активности гландулоцитов семенников.

2. Эпифизэктомия приводит к росту пролиферативной активности сперматогоний промежуточного типа на 9,4% и типа Б на 13,7%, исчезновению суточного ритма организации паренхимы семенников, рассогласованию активности гландулоцитов со свето-темновым циклом и росту экспрессии белков - индукторов апоптоза прокаспазы 3 (на 25%) и РАИМ (на 32%).

3. Денервация семенника в течение 30 дней не приводит к полной утрате циркадианных ритмов пространственно-временной организации паренхимы гонад, снижая амплитуду колебаний выявленных ритмов и вызывая общее угнетение процесса сперматогенеза и компенсаторную гипертрофию клеток Лейдига

4. Олигопептиды эпифиза, вводимые эпифизэктомированным животным (однократно в начале темнового периода суток, на протяжении 14 дней), восстанавливают циркадианные ритмы пространственно-временной структуры паренхимы семенников, сохраняя повышенный уровень пролиферации сперматогоний.

5. Мелатонин, вводимый эпифизэктомированным животным (однократно в начале темнового периода суток, на протяжении 14 дней), не восстанавливает утраченные циркадианные ритмы функционирования мужских гонад и не приводит к компенсации нарушений хроноструктуры паренхимы семенников.

6. Наиболее общим морфологическим проявлением нарушения внегипоталамической эпифизарной и нервной регуляции структурно-функциональной организации паренхимы семенников является активация процессов апоптоза сперматогенных клеток.