Our journals
Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

STEROID HYPOGONADISM IN AN EXPERIMENT

Research article
Berdysh D.S.
Novoselya N.V.
Tatlok E.Z.
Saakova K.A.
Bobrovskaya A.V.
Shapieva A.A.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.106.4.042
Issue: № 4 (106), 2021
Published:
2021/04/19
PDF

СТЕРОИДНЫЙ ГИПОГОНАДИЗМ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Научная статья

Бердыш Д.С.1, *, Новоселя Н.В.2, Татлок Э.З.3, Саакова К.А.4, Бобровская А.В.5, Шапиева А.А.6

1, 2, 3, 4, 5, 6 Кубанский медицинский институт, Краснодар, Россия

* Корреспондирующий автор (summit.medicine[at]mail.ru)

Аннотация

В настоящее время в мире у более 30% мужчин старше 40 лет отмечены нарушения функции репродуктивной системы. Наиболее распространенной причиной нарушения нормальной работы половой системы являются расстройства эндокринной регуляции. Основными гормонами нейроэндокринной регуляции, которые отвечают за нормальную работу репродуктивной системы, являются: адренокортикотропный гормон, фоликулостимулирующий гормон, лютеинизирующий гормон. Таким образом, снижение или повышение их количества могут вызвать определенные нарушения в работе половой системы мужчины.

Цель исследования – изучение действия раствора Тестостерона пропионата на организм лабораторных крыс, Смоделировать инволюцию семенников. Исследование проводилось на самцах крыс линии «Wistar». В эксперименте участвовало 50 животных. 40 из них определили в опытную группу, которые каждые 3 дня получали укол тестостерона пропионата 25 mg внутримышечно. 10 животных выделили в контрольную группу. Для оценки функции ядер гипоталамуса оценивалось содержание ФСГ и ЛГ крови до введения препарата и после завершения курса. Также оценивалось содержание сперматозоидов в извитых канальцах семенников опытной и контрольной группы. После завершения курсовой терапии каждой крысе в опытной группе внутримышечно вводился тестостерон пропионат по 0,15 mg каждые 3 дня, с уменьшением дозы в 0,1 mg в течение 30 дней.

Лабораторно смоделирован стероидный гипогонадизм.. Через 60 дней после введения Тестостерона пропионата наблюдается азооспермия. Инволюция интерстициальных клеток зависит от дозы и времени приема препарата. Чем больше доза и время инъекций, тем меньше клеток Сертоли и Лейдига в интерстициальном пространстве.

В результате исследования, составлены патофизиологические механизмы развития экзогенного гипогонадизма, установлены пороги развития бесплодия при приеме тестостерона пропионата.

Ключевые слова: бесплодие, клетка, жизнь, эксперимент, ядра, стимуляция, методики, лечение.

STEROID HYPOGONADISM IN AN EXPERIMENT

Research article

Berdysh D.S.1, *, Novoselya N.V.2, Tatlok E.Z.3, Saakova K.A.4, Bobrovskaya A.V.5, Shapieva A.A.6

1, 2, 3, 4, 5, 6 Kuban Medical Institute, Krasnodar, Russia

* Corresponding author (summit.medicine[at]mail.ru)

Abstract

Currently, there are more than 30% of men over 40 years of age with disorders of the reproductive system across the world. The most common cause of disruption of the normal functioning of the reproductive system is disorders of endocrine regulation. The main hormones of neuroendocrine regulation, which are responsible for the normal functioning of the reproductive system, are adrenocorticotropic hormone, follicle-stimulating hormone, and luteinizing hormone. Thus, a decrease or increase in their number can cause certain disorders in the functioning of the male reproductive system

The purpose of the study is to examine the effect of testosterone propionate solution on the laboratory rats, to simulate the involution of testes.

The study was conducted on the male Wistar rats. The experiment involved 50 animals. 40 of them were assigned to the experimental group that received a 25 mg injection of testosterone propionate intramuscularly every 3 days. 10 animals were allocated to the control group. To assess the function of the hypothalamus nuclei, the content of FSH and LH in the blood was evaluated before administration of the drug and after completion of the course. The content of spermatozoa in the convoluted tubules of the testes of the experimental and control groups was also evaluated. After completing the course of therapy, each rat in the experimental group was intramuscularly injected with 0.15 mg of testosterone propionate every 3 days with a dose reduction of 0.1 mg in the course of 30 days.

Steroid hypogonadism was simulated in the laboratory. 60 days after the administration of Testosterone propionate, azoospermia is observed. The involution of interstitial cells depends on the dose and the time of taking the drug. The higher the dose and the longer the injection time, the fewer Sertoli and Leydig cells in the extra cellular fluid compartment.

The study compiles the pathophysiological mechanisms of the development of exogenous hypogonadism and establishes the thresholds for the development of infertility when taking testosterone propionate.

Keywords: infertility, cell, life, experiment, nuclei, stimulation, methods, treatment.

Введение

За последние годы нарушение репродуктивной функции у мужчин приобрело особую медицинскую и социальную значимость. Бесплодие у мужчин возникает в результате разнообразных патологических процессов в организме. Полиэтиологичность мужского бесплодия, сложность патогенеза заболевания, а также функциональная взаимосвязь половой сферы со всеми системами и органами создают большие трудности в разработке адекватных методов лечения. Низкая эффективность терапии также обусловлена недостатком знаний о причинах инфертильности. Бесплодие у мужчин в 40-50% случаев может быть связано с нарушениями количественных и/или качественных показателей эякулята, эндогенными и экзогенными воздействиями. Примерно в 1/3 случаев причину бесплодия установить не удается; предполагается, что оно обусловлено генетическими или иммунологическими факторами [1].

Идиопатический гипогонадотропный гипогонадизм (ИГГ) характеризуется низким уровнем гонадотропина и половых гормонов, и наличием анатомических или функциональных нарушений в гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси. ИГГ может быть изолированным состоянием или сочетаться с аносмией, гипосмией (синдром Каллмана). Генетические факторы, вызывающие дефицит гонадотропинов, могут воздействовать на уровне гипоталамуса или гипофиза. Мутации в генах-кандидатах (сцепленные с Х-хромосомой или аутосомальные) могут быть обнаружены приблизительно в 30% случаев. Приобретенный гипогонадотропный гипогонадизм может быть вызван некоторыми лекарственными средствами, гормонами, анаболическими стероидами и опухолями. При подозрении на опухоль требуется компьютерная (КТ) или магнитно-резонансная (МРТ) для исключения синдрома «турецкого седла», а также полное эндокринологическое обследование. Нарушение гормональной регуляции легко выявляется [2], [3]. После исключения вторичных форм (действие лекарственных препаратов, гормонов, опухолей), выбор терапии зависит от достижения нормального уровня андрогенов, либо фертильности. Только заместительная терапия нормализует уровень андрогенов с последующим развитием вторичных половых признаков (в случаях появления гипогонадизма до пубертатного периода), а также эу(нормо)гонадного состояния. Тем не менее стимуляция продукции сперматозоидов также требует назначения хорионического гонадотропина (ХГ) в комбинации с рекомбинантным ФСГ [4], [5]. В редких случаях (фертильного евнухоидизма) отмечается достаточная продукция ФСГ, но не ЛГ. В такой ситуации терапия при помощи одного ХГ может быть достаточной для стимуляции продукции сперматозоидов и достижения нормального уровня тестостерона [6], [7]. Механизм нарушения фертильности при вторичном гипогонадотропном гипогонадизме, развивающегося после тестостеронзаместительной терапии возрастных, физиологических изменений и после применения анаболических андрогенных стероидов в целях коррекции фигуры и повышения спортивных показателей одинаков. Назначаемый экзогенный тестостерон уменьшает производство гонадотропинов, что приводит к подавлению выработки собственного тестостерона и снижению сперматогенеза вплоть до азооспермии (выявлена у 40% мужчин на тестостеронзаместительной терапии) [8], [9].

Цель исследования

Изучить действие тестостерона пропионата на организм лабораторных крыс. Смоделировать анатомо-гисто-химическую инволюцию семенников.

Методы и материалы

Исследование проводилось на базе НОЧУ ВО «Кубанский медицинский институт», ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет».

В исследовании принимали участие 50 крыс линии «Wistar». Все животные были разделены на 4 группы: 3 опытные (40 крыс) и 1 контрольная (10 крыс). Опытной группе на протяжении 60 дней, каждые 3 дня вводился раствор Тестостерона пропионата 100 mg , в объеме 0,25 ml на одно животное. По истечении курса стероидной терапии, у опытной группы была взята кровь в объеме 4 мл и отправлена в биохимическую лабораторию института НОЧУ ВО «КМИ» для определения ФСГ, ЛГ и тестостерона. Также до начала эксперимента всем крысам была проведена УЗД органов мошонки. Расчет всех данных был составлен средними арифметическими значениями. Все они занесены в таблицы.

Результаты  

Таблица 1 – Профиль половых гормонов самцов крыс по срокам введения препарата (M±m)

Объект исследования. Сроки исследования Тестостерон, нг/мл ФСГ, МЕ/л ЛГ, МЕ/л Р* Р**
Самцы крыс 14 недель. Линия wistar Контроль 11,2±0,2 6,32±0,56 0,032 ± 0,005 р>0,05 р<0,001
2 неделя после введения Testosterone propionate 9,2±0,2 5,1±0,32 0,025±0,0005 р>0,05
4 неделя после введения Testosterone propionate 8,0±0,1 4,2±0,45 0,018±0,0005 р>0,05
6 неделя после введения Testosterone propionate 7,6±03 2,2±0,88 0,08±0,0006 р>0,05
8 неделя после введения Testosterone propionate 6,9±0,2 1,88±0,32 0,06±0,0003 р>0,05
10 неделя после введения Testosterone propionate 5,8±0,1 1,02±,0,21 0,002±0,0004 р>0,05

Примечание: p* – достоверность различий средних величин по отношению к контрольной группе (использован критерий Манна-Уитни); p** – достоверность различий средних величин при комплексном сравнении (использован критерий Крускала-Уоллиса)

 

Исходя из данных таблицы 1 видно, что внутримышечное введение одной крысе тестостерона пропионата в дозировке 0,25mg в течение 3 дней приводит к снижению Тестостерона на 5,4, ФСГ 5,3, ЛГ 0,012.

   

Таблица 2 – УЗД семенников крыс (M±m)

Материалы N Объем семенников мм3
Семенники Р* Р**
Левый правый - р<0,001
Контроль 10 1937,52±0,04 1069,686±0,05 р>0,05
002(опыт) 10 360,8±0,03 328,123±0,08 р>0,05
003(опыт) 10 475,15±0,07 453,12±0,06 р>0,05
004(опыт) 10 538,02±0,02 539,24±0,02 р>0,05
005(опыт) 10 256,62±0,01 219,96±0,03 р>0,05

Примечание: p* – достоверность различий средних величин по отношению к контрольной группе (использован критерий Манна-Уитни); p** – достоверность различий средних величин при комплексном сравнении (использован критерий Крускала-Уоллиса)

 

Анализируя данные таблицы 2, можно заметить, что по отношению к контрольной группе объем семенников уменьшился практически в 3,5 раза в течение 2 месяцев введения препарата.

После УЗД, была проведена открытая биопсия семенников у обеих групп. По результатам цитологического исследования, которые представлены в таблице 3. видно, что содержание сперматозоидов достигает критически низкого уровня, наблюдается азооспермия. При этом в контрольной группе данной патологии не выявлено.

 

Таблица 3 – Цитологическое исследование биопсии семенников (M±m)

Материалы Количество клеток в поле зрения, тыс. Р* Р**
Контроль 200±0,07 р>0,05 р<0,001
002(опыт) 0,3±0,03 р>0,05
003(опыт) 0,5±0,02 р>0,05
004(опыт) 0,2±0,04 р>0,05
005(опыт) 0,6±0,06 р>0,05

Примечание: p* – достоверность различий средних величин по отношению к контрольной группе (использован критерий Манна-Уитни); p** – достоверность различий средних величин при комплексном сравнении (использован критерий Крускала-Уоллиса)

 

Гистохимическое исследование клеток Лейдига

Иммуногистохимическое исследование рецепторов к ЛГ на поверхности мембран клеток Лейдига. Исследование показало, что количество рецепторов уменьшилось в 3 раза.

При гистохимическом окрашивании интерстециального пространства, в клетках Лейдига наблюдается снижение липидов, при этом в большем количестве клеток, они отсутствуют вовсе. Количество липидов к клетке, прямо пропорционально рецепторному распространению на поверхности цитоплазматической мембраны, а именно: чем меньше рецепторов, тем меньше липидов в цитоплазме клеток Лейдига. Это связано с тем, что интерстициальное клетки Лейдига, основная задача которых синтез тестостерона, переходят в «режим ожидания», который длится в течение 60-70 дней, далее клетка переходит в режим «депрессии», который длится 7-10 дней. После чего происходит клеточный апаптоз и замещение клеток Лейдига на фибробластные клеточные формы.

Инволюция клеток Сертоли

В результате гистохимической оценки поддерживающих клеток извитых канальцев, было выявлено, что сустентоциты из-за недостатка ФСГ, переходят в фазу «ожидания». В цитоплазме клеток уменьшается синтез андроген-связывающих белков (оценка концентрации белков в цитоплазме). Далее если уровень ФСГ не повышается и рецептор не активируется, то клетки переходят в фазу «анабиоза», плотность рецепторного поля уменьшается, клетка становится меньше в размере, но в адлюминальный отдел цитоплазматические карманы сохранены и плотно прилежат к сперматоцитам первого порядка. Следующим этапом инволюции сустентоцитов, становится апоптоз, но он наступает через достаточно большой промежуток времени, а именно, необратимая деградация клетки наблюдается через 12-14 месяцев при концентрации ФСГ в крови <0,1 МЕ/л. при дальнейшем уменьшении ФСГ, клетки апоптируются и замещаются фибробластными клеточными формами. В результате происходит тотальная атрофия сперматогенного эпителия и восстановление сперматогенеза уже становится не возможным.

Патофизиологический путь

При экзогенном введении тестостерона пропионата, наблюдается следующая патофизиологическая цепь событий:

Тестостерона пропионат, угнетает синтез в гипоталамусе гонадолиберины, при этом уменьшается экспрессия генов, ответственных за выработку этих гормонов. Недостаток гонадолиберинов тормозит в ацидофильных аденоцитах синтез ФСГ и ЛГ, клетки переходят в режим сниженной секреции, далее в режим «ожидания». В отличии от периферических клеток мишений, клетки гипофиза способны долгое время сохраняться в режиме «ожидания». В результате недостаточности секреции ФСГ и ЛГ в клетках Лейдига замедляется захват холестерола и синтеза тестостерона. Снижение ФСГ приводит к уменьшению выработки андроген- связывающего белка в клетках Сертоли, что приводит, в свою очередь, к блокаде развития сперматоцитов 1 порядка. Они останавливают свою пролиферацию и совершают апоптоз.

У тестостерона пропионата отсутствует способность проникать через гематотестикулярный барьер, поэтому повышение в крови эфира тестостерона способно пролиферировать большую часть андроген зависимых тканей, но только не ткани семенников.

Выводы

Исходя из всех полученных данных, в эксперименте, можно сделать вывод, что необратимые дегенеративные изменения в сперматогенном эпителии извитых канальцев наступают через достаточно большой промежуток времени приема тестостерона пропионата. Процент полного восстановления сперматогенной функции зависит от времени приема и концентрации введения тестостерона пропионата. Чем это время меньше, тем шансов на восстановление больше. Но важно помнить о правильной методике пошагового восстановительного периода, который должен быть направлен на всю гипоталамо-гипофизарно-яичковую ось.

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Бесплодный брак. Современные подходы к диагностике и лечению: руководство / под ред. Г.Т. Сухих, Т.А. Назаренко. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 784 с. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16643911 (дата обращения 28.12.2020)
  2. de Souza G.L. Anabolic steroids and male infertility: a comprehensive review / G.L. de Souza, J. Hallak // BJU Int. 2011;108(11):1860-1865. [Electronic resource]. – URL: https://doi.org/https://doi.org/10.1111/j.1464-410X.2011.10131 (accessed 28.12.2020)
  3. Pitteloud N. Predictors of outcome of long-term GnRH therapy in men with idiopathic hypogonadotropic hypogonadism / N. Pitteloud, F.J. Hayes, A. Dwyer // J Clin Endocrinol Metab. 2002;87(9):4128-4136. [Electronic resource]. – URL:https://doi.org/https://doi.org/10.1210/jc.2002-020518 (accessed 12.2020)
  4. Rastrelli G. Factors affecting spermatogenesis upon gonadotropin-replacement therapy: a meta-analytic study / G. Rastrelli, G. Corona, E. Mannucci et al. // Andrology. 2014;2(6):794-808. [Electronic resource]. – URL: https://doi.org/https://doi.org/10.1111/andr.262 (accessed 12.2020)
  5. Depenbusch M. Maintenance of spermatogenesis in hypogonadotropic hypogonadal men with human chorionic gonadotropin alone / M. Depenbusch, S. von Eckardstein, M. Simoni et al. // Eur J Endocrinol. 2002;147(5):617-624. [Electronic resource]. –URL: https://doi.org/https://doi.org/10.1530/eje.0.1470617 (accessed 12.2020)
  6. McBride J.A. Recovery of spermatogenesis following testosterone replacement therapy or anabolic-androgenic steroid use / J.A. McBride, R.M. Coward // Asian J Androl. 2016;18(3):373-380. [Electronic resource]. – URL:https://doi.org/https://doi.org/10.4103/1008-682X.173938 (accessed 12.2020)
  7. Wenker E.P. The Use of HCG-Based Combination Therapy for Recovery of Spermatogenesis after Testosterone Use / E.P. Wenker, J.M. Dupree, G.M. Langille // J Sex Med. 2015;12(6):1334-1337. [Electronic resource]. – URL:https://doi.org/https://doi.org/10.1111/jsm.12890 (accessed 12.2020)
  8. Hsieh T.C. Concomitant intramuscular human chorionic gonadotropin preserves spermatogenesis in men undergoing testosterone replacement therapy / T.C. Hsieh, A.W. Pastuszak, K. Hwang et al. // J Urol. 2013;189(2):647-650. [Electronic resource]. – URL: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.juro.2012.09.043 (accessed 12.2020)
  9. Бердыш Д.С. Влияние физических факторов на подвижность сперматозоидов человека / Д.С. Бердыш, Р.К. Мирзоева // Студенческий научный вестник. №4-3. С. 370-373

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Besplodnyjj brak. Sovremennye podkhody k diagnostike i lecheniju: rukovodstvo [Infertile Couples. Modern Approaches to Diagnosis and Treatment: A Guide] / Edited by G. T. Sukhikh, T. A. Nazarenko. Moscow: GEOTAR-Media, 2010. - 784 p. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16643911 (accessed: 28.12.2020) [in Russian]
  2. de Souza G.L. Anabolic steroids and male infertility: a comprehensive review / G.L. de Souza, J. Hallak // BJU Int. 2011;108(11):1860-1865. [Electronic resource]. – URL: https://doi.org/https://doi.org/10.1111/j.1464-410X.2011.10131 (accessed 28.12.2020)
  3. Pitteloud N. Predictors of outcome of long-term GnRH therapy in men with idiopathic hypogonadotropic hypogonadism / N. Pitteloud, F.J. Hayes, A. Dwyer // J Clin Endocrinol Metab. 2002;87(9):4128-4136. [Electronic resource]. – URL:https://doi.org/https://doi.org/10.1210/jc.2002-020518 (accessed 12.2020)
  4. Rastrelli G. Factors affecting spermatogenesis upon gonadotropin-replacement therapy: a meta-analytic study / G. Rastrelli, G. Corona, E. Mannucci et al. // Andrology. 2014;2(6):794-808. [Electronic resource]. – URL: https://doi.org/https://doi.org/10.1111/andr.262 (accessed 12.2020)
  5. Depenbusch M. Maintenance of spermatogenesis in hypogonadotropic hypogonadal men with human chorionic gonadotropin alone / M. Depenbusch, S. von Eckardstein, M. Simoni et al. // Eur J Endocrinol. 2002;147(5):617-624. [Electronic resource]. –URL: https://doi.org/https://doi.org/10.1530/eje.0.1470617 (accessed 12.2020)
  6. McBride J.A. Recovery of spermatogenesis following testosterone replacement therapy or anabolic-androgenic steroid use / J.A. McBride, R.M. Coward // Asian J Androl. 2016;18(3):373-380. [Electronic resource]. – URL:https://doi.org/https://doi.org/10.4103/1008-682X.173938 (accessed 12.2020)
  7. Wenker E.P. The Use of HCG-Based Combination Therapy for Recovery of Spermatogenesis after Testosterone Use / E.P. Wenker, J.M. Dupree, G.M. Langille // J Sex Med. 2015;12(6):1334-1337. [Electronic resource]. – URL:https://doi.org/https://doi.org/10.1111/jsm.12890 (accessed 12.2020)
  8. Hsieh T.C. Concomitant intramuscular human chorionic gonadotropin preserves spermatogenesis in men undergoing testosterone replacement therapy / T.C. Hsieh, A.W. Pastuszak, K. Hwang et al. // J Urol. 2013;189(2):647-650. [Electronic resource]. – URL: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.juro.2012.09.043 (accessed 12.2020)
  9. Berdysh D. S. Vlijanie fizicheskikh faktorov na podvizhnost' spermatozoidov cheloveka [Influence of Physical Factors on the Mobility of Human Spermatozoa] / D. S. Berdysh, R. K. Mirzoeva // Studencheskijj nauchnyjj vestnik [Student Scientific Bulletin]. 2018. №4-3, pp. 370-373 [in Russian]