Развитие технологий тесно связано с увеличением промышленного и бытового использования различных источников электромагнитного излучения (ЭМИ), в том числе генерирующих переменное магнитное поле в диапазоне крайне низкой частоты (ПеМП КНЧ). Изучение биологических эффектов ПеМП КНЧ является одной из проблемных областей биологии и медицины, поскольку имеющиеся данные не позволяют достоверно судить о негативном влиянии ПеМП КНЧ на биологические ткани, органы, системы и организм в целом [1].

В наибольшей степени в настоящий момент изучены эффекты ЭМИ промышленных частот 50—60 Гц, при этом имеются указания на возможную ассоциацию с различными заболеваниями, в частности злокачественными опухолями мозга, легких, толстой кишки, костного мозга, нейродегенеративными заболеваниями, нарушениями репродуктивной функции, дефектами эмбрионального развития и самопроизвольным патологическим прерыванием беременности [2—7]. Вероятные биологические эффекты магнитных полей более низких частот остаются слабоизученными.

Особое внимание уделяется возможным неблагоприятным эффектам воздействия ЭМИ, в том числе ПеМП КНЧ, на женскую репродуктивную сферу. Известно, что любые экзогенные физические и химические факторы, способные прямо или опосредованно влиять на формирование и функционирование клеток, органов и системы в целом на разных этапах онтогенеза, могут привести к нарушениям эмбрионального развития органов, появлению заболеваний и, как следствие, снижению репродуктивной функции [1, 5]. Так, ранее в экспериментах на крысах и мышах показаны неблагоприятные результаты длительного воздействия ПеМП КНЧ на репродуктивную систему самцов и самок, при этом выявлены изменения веса репродуктивных органов, содержания половых гормонов, нарушения эстрального цикла и овогенеза у самок и сперматогенеза у самцов [5, 8—10]. Но одновременно в ряде исследований отмечено отсутствие каких-либо значимых неблагоприятных эффектов при воздействии ПеМП КНЧ на репродуктивную систему человека и животных [11, 12].

Доказано, что ПеМП КНЧ может вызывать разнообразные биологические эффекты на клеточном уровне посредством модуляции активности систем внутриклеточной и межклеточной регуляции, при этом потенциальные неблагоприятные эффекты ЭМИ обусловлены не только частотой генерации поля, но и другими физическими характеристиками, в частности интенсивностью и напряженностью, а также временем экспозиции [1, 11]. Большая вариабельность параметров ПеМП КНЧ также требует более детального исследования вызываемых им возможных биологических эффектов в организме человека и животных, в том числе воздействия на органы репродуктивной системы.

Цель исследования — изучить изменения репродуктивной системы самок крыс, подвергавшихся воздействию переменного магнитного поля крайне низкой частоты в периоды эмбрионального и постнатального развития.

Исследование проведено на самках крыс породы Wistar в соответствии с международными рекомендациями по работе с лабораторными животными, Стокгольмской декларацией о гуманном обращении с лабораторными животными и одобрено локальным этическим комитетом ФГБУ «ГНИИИ ВМ» МО Р.Ф. Все процедуры с привлечением лабораторных животных проводили в стандартных лабораторных условиях (температура 20—22 °C, влажность 50—70% и 12-часовой световой период); животные имели свободный доступ к пище и воде.

Для генерации синусоидального ПеМП КНЧ использовали программируемый генератор КНЧ 435321.001 («Тира-эл», Санкт-Петербург, Россия) и соленоид как источник магнитного поля диаметром 140 см и длиной 90 см, при этом облучаемые крысы в пластиковых боксах располагались на деревянной площадке в центре установки. Для получения однородного стабильного магнитного поля перед облучением животных система работала не менее 30 мин. Параметры магнитного поля в зоне воздействия на крыс контролировали с помощью сенсорного датчика PMM EHP-50CDB с измерителем магнитного поля 8053B («Narda», Albenga, Италия) не менее 1 раза в неделю, в соответствии с Европейскими стандартами по безопасности CEI EN 60950 и EN 55011-EN50082−1.

На 1-м этапе эксперимента 90 самок крыс (возраст 8 нед, масса 170±10 г, поколение F₀) были случайным образом разделены на три группы по 30 крыс: 1-я группа — крыс подвергали воздействию ПеМП КНЧ с частотой 8 Гц и напряженностью магнитного поля 4 кА/м; 2-я группа — воздействовали ПеМП КНЧ с частотой 8 Гц и напряженностью магнитного поля 6,5 кА/м; 3-я группа — имитационный контроль. Животных помещали в пластиковые боксы и подвергали воздействию ПеМП КНЧ ежедневно 2 ч в течение 9 нед, при этом с крысами 3-й группы производили все манипуляции при отключенном источнике ЭМИ.

После 2 нед облучения в клетки к самкам подсаживали самцов из расчета 1 самец на 4 самки на 2 эстральных цикла. Воздействие ЭМИ продолжали и в период беременности (3 нед), и в период выкармливания (3 нед). Воздействию ПеМП КНЧ подвергали также крысят в помете (поколение F₁).

На 2-м этапе, по достижении крысами в потомстве (поколение F₁) возраста 8 нед, случайным образом отбирали из потомства каждой группы поколения F₀ по 60 самок крыс, у которых затем производили анализ продолжительности эстрального цикла путем ежедневного микроскопического исследования вагинальных мазков в течение 2 нед, в фазе эструса исследовали содержание половых гормонов в сыворотке крови. После этого для морфологического исследования в каждой группе в фазе проэструса производили эвтаназию 30 случайных животных путем внутрибрюшинного введения пентобарбитала 100 мг/кг. Далее 30 самок из каждой группы спаривали с самцами из других пометов полученного в эксперименте потомства. Исследовали такие параметры, как индекс фертильности, среднее количество и среднюю массу крысят в помете (поколение F₂), количество живорожденных крысят и количество мертворожденных и/или умерших в 1-е сутки после рождения, наличие крупных аномалий развития.

Забор проб крови объемом 0,5 мл осуществляли из латеральной хвостовой вены в фазе эструса у всех животных в одно и то же время суток (10.00—11.00 ч). Образцы крови для получения сыворотки центрифугировали в течение 10 мин при 3000 об/мин. В полученной сыворотке методом ELISA определяли уровень лютеинизирующего гормона (ЛГ) с помощью набора Lutenizing hormone ELISA kit («Cusabio», США; каталог CSB-E12654r), фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) с помощью набора Follicle-stimulating hormone ELISA kit («Cusabio», США; каталог CSB-E06869r), прогестерона с помощью набора Progesterone ELISA kit («Cusabio», США; каталог CSB-E07282r), и эстрадиола Е₂ с помощью набора Еstradiol E2 ELISA kit («Cusabio»; США, каталог CSB-E05110r). Полученные средние значения показателей у крыс 1-й и 2-й групп сравнивали со значениями показателей у крыс группы контроля.

После эвтаназии у каждого животного забирали для морфологического исследования яичники и матку. Органы взвешивали, затем фиксировали в 10% забуференном растворе нейтрального формалина в течение 24 ч, после чего осуществляли гистологическую проводку по стандартному протоколу с заливкой в парафиновые блоки. Из блоков изготавливали серийные срезы толщиной 4 мкм, которые окрашивали гематоксилином и эозином. Микроскопию и оценку морфологических изменений осуществляли на лабораторном микроскопе Leica DM4500 («Leica», Австрия). Морфометрию выполняли с применением программы Leica LAZ Software image analysis.

Для подсчета в яичниках различных форм фолликулов (примордиальные, первичные, вторичные, антральные, атретические, кисты) изготавливали 10—15 серийных срезов с интервалом 50 мкм (в зависимости от величины яичника) от каждого животного каждой группы, при этом фолликулы подсчитывали в срезах, в которых представлено ядро ооцита [13].

Для морфологического анализа образцов ткани средней трети рогов матки изготавливали 5 серийных срезов с интервалом 30 мкм. При анализе, помимо патологических изменений, учитывали длину окружности просвета матки, высоту эпителия просвета и эпителия маточных желез, а также толщину эндометрия и толщину слоя миометрия.

Статистическую обработку результатов производили с использованием пакета программ Statistica 10.0 («StatSoft», Tulsa, США). Результаты исследования анализировали с помощью t-критерия Стьюдента. Данные представлены в виде среднего и среднеквадратического отклонения (M±σ). Статистически значимыми считали результаты с уровнем значимости p<0,05.

Продолжительность эстрального цикла

У крыс-самок в потомстве 1-й группы средняя продолжительность эстрального цикла составила 4,6±0,3 сут, 2-й группы — 4,5±0,4 сут, 3-й группы — 4,5±0,3 сут, при этом сравнение между группами не выявило значимых отличий в продолжительности цикла у крыс, подвергавшихся воздействию ПеМП КНЧ в периоды внутриутробного и постнатального развития.

Результаты исследования уровня половых гормонов у животных всех групп поколения F₁ в возрасте 9 нед представлены в табл. 1.

При исследовании возможных изменений фертильности и влияния внутриутробного облучения ПеМП КНЧ самок крыс поколения F₁ на их потомство сравнение показателей у животных 1-й и 2-й групп с показателями животных 3-й группы не выявило статистически значимых отклонений по изучаемым параметрам (табл. 2).

Сравнение средних значений массы матки и яичников у животных 1-й и 2-й групп с показателями животных 3-й группы не выявило статистически значимых различий (табл. 3).

Исследование серийных срезов средней трети рогов матки у животных 1-й и 2-й групп также не выявило статистически значимых различий в структуре тканей (см. рисунок).

Исследование структуры яичников у животных разных групп не выявило признаков дистрофических изменений, воспалительной реакции, фиброза, некроза или атрофии, признаков сосудистых нарушений. Яичники имели обычное строение, в них присутствовали различные формы фолликулов (см. рисунок). В отдельных образцах ткани животных 1-й и 2-й групп присутствовали признаки жировой дистрофии (накопление липидов адипоцитами вокруг фолликулов). Подсчет различных форм фолликулов выявил незначительное снижение количества примордиальных и первичных фолликулов в опытных группах и увеличение количества атретических фолликулов и кист. Статистически значимое отличие выявлено только у животных 2-й группы: количество атретических фолликулов было выше по сравнению с контролем (12,5±4,4 и 7,2±2,8 соответственно; р=0,04).

Нами исследованы отдаленные неблагоприятные эффекты в репродуктивной системе самок крыс после их облучения в периоды внутриутробного и постнатального развития ПеМП КНЧ 8 Гц при напряженности магнитного поля 4 и 6,5 кА/м.

Данные о возможном влиянии ПеМП КНЧ на репродуктивную систему и фертильность при хроническом воздействии на организм, начиная с периода эмбрионального развития, ограничены, при этом большая часть имеющихся экспериментальных работ охватывает возможные тератогенные эффекты у плодов облучаемых самок-матерей или изменения в репродуктивных органах при облучении взрослых животных [5, 11, 12, 14]. В выполненных ранее исследованиях схема облучения предполагала моделирование современных условий деятельности женщины, подвергающейся регулярному хроническому прерывистому воздействию магнитного поля различных частот (включая КНЧ) в бытовых условиях и на производстве как в период беременности, так и после рождения [7, 15].

Для оценки возможных нарушений репродуктивной функции самок крыс нами выбраны такие показатели, как продолжительность эстрального цикла, фертильность и характеристика помета, уровень гонадотропинов и стероидных половых гормонов в сыворотке крови, морфологические изменения в яичниках и матке.

В представленном исследовании на фоне предшествующего облучения не выявлено признаков снижения фертильности, а также каких-либо статистически значимых количественных и качественных отклонений в потомстве облученных крыс по сравнению с крысами группы имитационного контроля. Сходные результаты получены при непрерывном облучении мышей и крыс в период гестации при ПеМП КНЧ 50 Гц и интенсивности магнитного поля от 13 мкТ до 350 мТ [16—18]. Опыты по облучению куриных эмбрионов при сходных параметрах ЭМП показали рост числа аномалий в различных органах и системах со снижением массы эмбрионов, что, вероятно, обусловлено более высокой чувствительностью птиц к воздействиям магнитных полей [19, 20]. Частично такое различие в эффектах, представленное в различных работах, объясняют результаты экспериментов по облучению мышиных эмбрионов на стадии бластоцисты ПеМП КНЧ 20 и 50 Гц: более 50% эмбрионов прекратили свое развитие после 72-часовой экспозиции, но остальные продолжили нормальное развитие независимо от характеристик воздействующего магнитного поля [21].

Поскольку нарушения репродуктивной функции могут быть обусловлены изменениями гормональной регуляции овогенеза, нами изучены продолжительность эстрального цикла и содержание гонадотропинов и стероидных половых гормонов в сыворотке крови. Ранее высказывалось предположение, что биологические эффекты ПеМП КНЧ опосредованы влиянием на эпифиз и изменениями в нейрогуморальной системе [22]. Так, в экспериментах установлено изменение синтеза мелатонина, регулирующего, в том числе, продукцию гонадотропинов [23, 24]. При непрерывном облучении крыс синусоидальным ПеМП КНЧ 50 Гц 25 мT в течение 18 нед выявлено снижение уровня ЛГ и ФСГ после 6 нед облучения с последующим восстановлением уровня ЛГ через 12 нед воздействия [25]. Но в проведенном нами иcследовании не выявлено статистически значимых изменений в продолжительности эстрального цикла, а также в уровне гонадотропинов ЛГ и ФСГ. Таким образом, использованный режим воздействия на животных (более низкая частота ПеМП, напряженность и время экспозиции) либо не оказывал достаточного влияния на продукцию гонадотропинов, либо эффект был обратимым, и к моменту исследования уровни ЛГ и ФСГ не отличались от таковых у животных группы имитационного контроля.

Ранее высказывалось предположение, что яичники, секретирующие прогестерон и эстрадиол Е₂, более чувствительны к воздействию магнитных полей. В работе M. Al-Akhras [25], помимо влияния на ФСГ и ЛГ, выявлено снижение содержания прогестерона и эстрадиола Е₂ в сыворотке крови после 12 нед облучения. С другой стороны, в опытах с облучением крыс ПеМП КНЧ 50 Гц 0,5 мT в течение 3 мес не выявлено изменений в уровне прогестерона и эстрадиола [26]. Также не выявлено изменений в концентрации прогестерона в сыворотке крови коров при 12-часовом хроническом воздействии ПеМП КНЧ 60 Гц, 0,03 мT [27].

В представленном исследовании обнаружены более низкие концентрации гормонов у крыс, подвергавшихся ранее облучению, по сравнению с контролем, что может свидетельствовать о структурно-функциональных изменениях в яичниках. В то же время содержание половых гормонов варьирует в зависимости от фазы цикла, а также может изменяться в одинаковый период времени в разных циклах. Поэтому полученные данные, даже с учетом того, что исследование проведено в одну фазу цикла, не позволяют в полной мере утверждать о подавлении синтеза половых гормонов яичниками вследствие использованного режима воздействия ЭМИ.

Для исследования возможных нарушений в закладке и развитии яичников и матки в процессе эмбрионального развития и постнатальном периоде на фоне облучения проведено морфологическое исследование. Оценка структурных изменений матки в ответ на физические воздействия, за исключением явных патологических изменений (например, дисплазия, новообразования, некроз), является затруднительной ввиду необходимости учета циклических изменений в ее морфологии. Так, в исследовании воздействия магнитного поля с частотой 1800 MГц на репродуктивные органы крыс выявлены дегенеративные изменения эпителиальных клеток поверхности эндометрия и желез с их десквамацией, а также воспалительная инфильтрация и сосудистые нарушения после 30 дней экспозиции и выраженная воспалительная инфильтрация после 60 дней экспозиции [28]. Но поскольку авторами не было указано, в какую фазу цикла производилось гистопатологическое исследование, то описанные изменения могли быть связаны с особенностями эндометрия в различные фазы эстрального цикла [29].

В проведенном нами исследовании забор материала у всех животных выполнен в одинаковой фазе. При этом сравнение структуры матки с образцами тканей животных группы контроля не выявило каких-либо отличий, за исключением некоторого снижения высоты эндометрия и увеличения просвета матки при сохранении нормальной морфологии эндометрия, характерной для фазы проэструса. Кроме того, не было изменений уровня гонадотропинов и стероидных гормонов в сыворотке крови, что само по себе не может свидетельствовать об изменении репродуктивной функции.

Ранее в эксперименте с ежедневным 4-часовым облучением мышей ПеМП 50 Гц 3 мТ в течение периода гестации в потомстве у самок мышей наблюдали признаки нарушения фолликулогенеза с уменьшением количества примордиальных фолликулов и увеличением числа атретических фолликулов, при этом в фолликулах выявлены признаки апоптоза [30]. В другом исследовании также установлен негативный эффект длительного воздействия ПеМП 50 Гц на яичники крыс в период эмбрионального развития [8]. В проведенном нами исследовании также наблюдалось некоторое снижение числа примордиальных и первичных фолликулов с увеличением количества антральных фолликулов; это свидетельствует о том, что во взрослом организме на фоне длительного предшествующего воздействия ПеМП КНЧ возможны изменения в процессах созревания фолликулов. Тем не менее количественные колебания различных форм фолликулов без признаков клеточного повреждения на фоне неизмененных показателей репродуктивной функции не являются убедительным доказательством того, что воздействие ПеМП в выбранных режимах генерации может приводить к нарушению репродуктивной функции в отдаленном периоде после облучения.

Несмотря на наличие отклонений в некоторых исследуемых параметрах у животных 1-й и 2-й групп относительно показателей у животных группы имитационного контроля, проведенная работа показала отсутствие каких-либо неблагоприятных эффектов ПеМП КНЧ на репродуктивную систему самок крыс.

Имеющиеся результаты экспериментальных и клинических исследований с различными параметрами магнитного поля, конечными точками исследований и биообъектами не дают полного понимания неблагоприятного влияния ПеМП КНЧ на системы и органы животных и человека, в некоторых случаях результаты работ со сходными условиями воздействия показывают противоположные результаты. Тем не менее накопление данных о возможных эффектах магнитных полей в ходе проведения экспериментов в самых разных условиях позволит в будущем более объективно и обоснованно оценить неблагоприятные эффекты для здоровья животных и человека.

Таким образом, результаты проведенного исследования позволяют утверждать, что хроническое воздействие переменного магнитного поля крайне низкой частоты 8 Гц при напряженности поля 4 и 6,5 кА/м в течение эмбрионального и постнатального периодов развития не приводит к значимым структурным и функциональным нарушениям в репродуктивной системе самок крыс.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — С.И., А.А., В.И.

Сбор и обработка материала — Л.В., А.А., В.И., А.Н.

Статистическая обработка — А.Н.

Написание текста — А.А., Л.В., В.И.

Редактирование — С.И.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts o interest.