Влияние электромагнитного излучения сотовых телефонов на сперму и уровень гормонов в сыворотке крови мужчин
В последние годы, особенно в развитых индустриальных странах, отмечается существенное ухудшение показателей функционального состояния мужской репродуктивной системы. Об этом свидетельствует повышение удельного веса «мужского фактора» в семейном бесплодии и снижение количества зрелых половых клеток в сперме мужчин [137, 138]. Анализ спермограмм из лабораторий различных стран мира с 1931 по 1990 г. показал значительное падение количества сперматозоидов в эякуляте – от 113 млн/мл в 1940 г. до 66 млн/мл в 1990 г., одновременно с прогрессирующим уменьшением в пропорции лиц с концентрацией сперматозоидов более 100 млн/мл [139]. О снижении активности сперматогенеза у мужчин в различных странах, наблюдаемой в последние десятилетия, свидетельствуют и другие публикации [140, 141]. В 1999 г. нормы ВОЗ в отношении этого показателя были заметно снижены: за норму принимается концентрация сперматозоидов в эякуляте – 20 млн/мл и более [142]. Эта тенденция к снижению количества сперматозоидов в эякуляте сохраняется и в настоящее время. Согласно последним рекомендациям ВОЗ (2010 г.), концентрация сперматозоидов в нем считается нормальной при величине от 15 млн/мл клеток [100].
Падение концентрации сперматозоидов в сперме – следствие нарушения процесса сперматогенеза, что приводит не только к уменьшению его продукции, но и возникновению аномальных половых клеток, не обладающих способностью к оплодотворению.
По мнению ряда исследователей, причина этого явления, вероятно, обусловлена ухудшением качества окружающей среды, вызванным хозяйственной деятельностью человека, и влиянием таких социокультурных факторов, как курение и алкоголь. Существенное значение в снижении фертильности играет современный стиль жизни, который носит все более напряженный характер и вызывает стресс. Тестикулярная ткань, в которой происходит интенсивное деление клеток сперматогенного эпителия, является очень чувствительной к воздействию антропогенных факторов окружающей среды. Известно, что химическое, радиационное и электромагнитное загрязнение оказывает негативное влияние на этот процесс [48, 143–147].
За последние 10–15 лет появился ряд работ, в которых анализируется влияние ЭМП диапазона мобильной связи на репродуктивную систему мужчин. В силу объективных причин изучение мужской репродуктивной системы у человека в основном имеет ограниченный характер. Можно выделить два направления, отражающие различные стороны оценки состояния репродуктивной функции у мужчин. Первое из них включает исследование спермы, в котором основное внимание уделяется комплексному анализу зрелых половых клеток и семенной жидкости, и второе – оценке состояния эндокринной регуляции мужской репродуктивной системы.
Имеющаяся литература по вопросу влияния ЭМП в диапазоне мобильной связи на мужскую репродуктивную систему носит неоднозначный характер, так как наряду с работами, в которых выявляются существенные изменения в изучаемых показателях, в других авторы не находят каких-либо существенных нарушений в функционировании этой системы при облучении сотовым телефоном. Несмотря на это, анализ полученных данных представляет значительный интерес, так как он позволяет получить развернутое представление об этом воздействии на репродуктивную систему мужчин на современном этапе, а также дать прогноз возможных рисков при действии электромагнитного излучения в диапазоне мобильной связи на систему, определяющую воспроизводство, а следовательно, будущее человечества. Это в конечном счете, возможно, будет способствовать расширению и углублению исследований в этом направлении.
В одной из первых работ, в которой оценивалось влияние ЭМП мобильного телефона (900 МГц) на мужскую репродуктивную систему [147], было установлено, что в сперме 13 мужчин, интенсивно его использующих (ежедневно в течение 6 ч на протяжении 5 дней), выявляется заметное снижение количества активно подвижных сперматозоидов с прямолинейным движением. В сперме мужчин, которые не пользовались мобильным телефоном, этот показатель составляет 32,3 ± 6,13 %. У этих же лиц, которые спустя 5 дней много разговаривали по телефону, количество активно подвижных сперматозоидов с прямолинейным движением снижается до 26,1 ± 6,5 % (т. е. падает почти на 20,0 %). В то же время остальные показатели спермограммы, такие, как объем спермы, ее плотность и морфология клеток, в контроле и опыте существенно не отличаются. Авторы сделали вывод о возможном снижении фертильности мужчин под влиянием ЭМП мобильного телефона.
У 371 мужчины анализировали взаимосвязь между регулярным использованием сотового телефона и подвижностью клеток спермы. Было установлено, что при использовании сотового телефона менее 15 мин в день сохраняется высокая прогрессивная подвижность сперматозоидов (48,7 %), в то же время если разговоры по сотовому телефону составляли более чем 1 ч в день, то этот показатель снижается и составляет 40,6 % [148].
Данные, близкие к вышеприведенным, получены при анализе проб спермы у 25 здоровых мужчин в возрасте 18–35 лет. В этом случае было показано, что подвижность сперматозоидов у мужчин, которые носили мобильный телефон в заднем кармане брюк или на ремне, была низкой и составляла 49,3 %, в то время как у мужчин, у которых аппарат находился далеко от органов репродуктивной системы, – 55,4 % [13].
Свойства спермы в зависимости от времени использования мобильного телефона анализировались в работе [149]. Образцы спермы 304 мужчин, проходивших терапию по поводу бесплодия и у которых отсутствовали клинические признаки патологии репродуктивных органов, были разделены в зависимости от времени использования сотового телефона. В группе А (n = 99) мужчины мобильным телефоном не пользовались, в группе В (n = 157) его использовали нерегулярно, а в группе С (n = 48) мобильным телефоном регулярно пользовались на протяжении не менее двух лет. У пациентов оценивали концентрацию спермы, подвижность сперматозоидов, морфологические нарушения в половых клетках согласно стандартам ВОЗ. Исследования показали, что в группах В и С выявляется низкий уровень подвижности сперматозоидов по сравнению с контрольной группой (группа А). Количество морфологически нормальных сперматозоидов в группе пациентов, которые не использовали мобильный телефон, составляет 55,6 %, у лиц, пользующихся телефоном нерегулярно, – 27,4 %, а у мужчин третьей группы, которые интенсивно разговаривали по телефону, – всего 16,7 %. В то же время у пациентов всех обследуемых групп значимых различий в концентрации спермы не было обнаружено.
Близкий к вышеописанному эксперимент также проводился в клинике в связи с бесплодием мужчин. У пациентов (всего 361 человек, средний возраст – 31,81 ± 6,12 года) анализировали такие показатели спермы, как объем, подвижность, жизнеспособность, морфология половых клеток и др. (табл. 3.1). Все обследуемые были разделены на 4 группы: А – контрольная, в которой мобильным телефоном не пользовались (n = 40); В – телефон использовали менее 2 ч/день (n = 107); С – по телефону разговаривали более 2 ч/день (n = 100) и D – по телефону разговаривали более 4 ч/день (n = 114). В результате проведенного исследования было установлено, что объем спермы, подвижность, жизнеспособность сперматозоидов и число нормальных клеток у обследуемых лиц зависели от времени использования мобильного телефона. Так, например, у пациентов, которые разговаривали по мобильному телефону более 4 ч/день, выявлялось существенное снижение объема спермы (-41,4 %), уменьшение подвижности (-33,9 %) и жизнеспособности (-33,7 %) зрелых половых клеток, а количество морфологически нормальных сперматозоидов падало более чем в два раза [150].
Таблица 3.1. Показатели спермы у мужчин в зависимости от времени использования мобильного телефона [150]
Негативное влияние ЭМП мобильных телефонов (900 МГц) на подвижность сперматозоидов в опытах in vitro выявлено в исследовании [151]. У 27 мужчин брали пробы семенной жидкости, которые затем делили на две одинаковые части. Один из образцов спермы от каждого обследуемого подвергался облучению in vitro при 900 МГц от мобильного телефона (расстояние 10 см) в течение 5 мин, а другой образец действию ЭМП не подвергался. Электромагнитное воздействие вызывало снижение количества быстро– и медленноподвижных форм сперматозоидов и значительное повышение числа неподвижных половых клеток (в контроле уменьшение составило 36 %, в то время как в опыте оно достигало 51 %). Авторы полагают, что длительное воздействие ЭМП мобильных телефонов может привести к возникновению структурных изменений в половых клетках, которые позднее могут проявиться.
При изучении свойств спермы in vitro, полученной от нормальных здоровых доноров (23 человека) и бесплодных пациентов (9 человек), было показано, что под влиянием излучения от сотового телефона в режиме разговора в течение 1 ч (850 МГц, значение SAR – 1,46 Вт/кг, ППЭ на расстоянии 2,5 см от антенны сотового телефона – 1-40 мкВт/см2, в контроле – 0,01-0,1 мкВт/см2) происходило снижение подвижности и жизнеспособности клеток, увеличение уровня активных форм кислорода, снижение соотношения значения показателей – активной формы кислорода к общей антиоксидантной активности по сравнению с необлученными образцами. В то же время уровень общей окислительной активности и структура ДНК в половых клетках не отличаются от соответствующих показателей в контроле. Авторы пришли к заключению, что ЭМП, излучаемое мобильным телефоном, вызывает в сперматозоидах человека окислительный стресс, и считают, что даже нахождение сотового телефона в кармане брюк может оказывать негативное воздействие на качество сперматозоидов, вырабатываемых в яичках, и привести к нарушению мужской фертильности (оплодотворяющей способности) [14].
В эксперименте на очищенных сперматозоидах человека, облученных in vitro при частоте 1,8 ГГц, значениях SAR от 0,4 до 27,5 Вт/кг, было установлено, что подвижность и жизнеспособность исследуемых клеток существенно снижаются по мере увеличения величины SAR, в то время как генерация активных форм кислорода в митохондриях и фрагментация ДНК значительно повышаются. В облученных сперматозоидах человека наблюдается высокая взаимосвязь между величиной SAR, окислительным повреждением ДНК, содержанием 8-гидрокси-2-дезоксигуанозина (маркер окислительного стресса) и фрагментацией ДНК. Сделан вывод о том, что интенсивное использование мобильного телефона может представлять немалую потенциальную угрозу для мужчин репродуктивного возраста, так как облучение оказывает влияние на оплодотворяющую способность сперматозоидов, а также может отразиться на благополучии их потомства [120].
Анализ подвижности сперматозоидов и уровень фрагментации ДНК исследовали в образцах спермы in vitro , полученных от 32 здоровых мужчин средних лет (27,5 ± 3,5) с нормальными показателями спермограммы. Электромагнитное воздействие от сотового телефона при частоте 900/1800 МГц, работающего в режиме ожидания и разговора в течение 5 ч, на образцы спермы вызывало достоверное снижение числа сперматозоидов с прогрессивным движением до 66,5 ± 6,3 % по сравнению с количеством сперматозоидов с прогрессивным движением в контрольной (необлученной) группе, которое составляло 81,3 ± 7,2 %, в то время как в облученной группе число клеток с непрогрессивным движением существенно увеличивалось (в контроле составляло 12,8 ± 5,8 %, а в облученной группе – 25,3 ± 4,7 %). Индекс фрагментации ДНК облученных сперматозоидов повышается по сравнению с контролем более чем в два раза. Выявляется корреляция между излучением мобильного телефона и такими показателями, как уровень фрагментации ДНК и снижение подвижности спермы [152].
Роль величины SAR на изменение свойств сперматозоидов человека при электромагнитном облучении сотовым телефоном анализировалась в работе [153]. Авторы, изучая подвижность и мембранный потенциал митохондрий в сперматозоидах, полученных от здоровых мужчин-доноров, облученных при 900 МГц in vitro , пришли к заключению, что изменение этих показателей зависит от величины SAR. При его низком уровне (2,0 Вт/кг) влияние ЭМИ на указанные показатели зрелых половых клеток не выявляется, однако экспозиция с высоким уровнем SAR (5,7 Вт/кг) приводила к значительным изменениям их подвижности и мембранного потенциала митохондрий.
В последующих работах этих авторов [154, 155] оценивались активность акросомальной реакции, показатели, характеризующие индукцию апоптоза и некоторые свойства половых клеток (активность каспазы-3, содержание фосфатидилсерина, количество разрывов ДНК, генерация активных форм кислорода в высокоподвижных сперматозоидах человека), спустя 2 и 24 ч после электромагнитного воздействия мобильным телефоном in vitro при SAR 2,0 и 5,7 Вт/кг. Экспозиция от телефона не вызывала статистически значимых эффектов в активности каспазы-3, содержании фосфатидилсерина, числе разрывов ДНК, генерации активных форм кислорода. На основании этих данных был сделан вывод о том, что снижение мужской фертильности не может быть связано с индукцией апоптоза в сперматозоидах. Кроме того, облучение ЭМП мобильного телефона не оказывало негативных эффектов на активность акросомной реакции, но в то же время выявлялись значимые изменения морфометрических параметров клеток. В облученных сперматозоидах снижалась площадь головок (более чем в два раза), площадь их акросомной части (на 40 %), а также происходило уменьшение связывания передней части мембраны клеток с белками рецепторами блестящей оболочки яйцеклетки. Результаты исследований могут указывать на значимое влияние электромагнитного облучения мобильного телефона на оплодотворяющую способность спермы.
Облучение от сотового телефона в течение одного часа в режиме разговора (900 МГц, расстояние 10 см) сперматозоидов in vitro , полученных от здоровых мужчин (n = 22, возраст 20–35 лет), вызывало достоверное снижение количества быстроподвижных клеток и повышение числа неподвижных сперматозоидов. Содержание МДА (конечного продукта ПОЛ) в сперме незначительно повышалось, а уровень МДА в сперматозоидах отрицательно коррелировал с общей подвижностью сперматозоидов. Авторы сделали вывод, что излучение мобильного телефона, вероятно, индуцирует свободнорадикальные процессы в сперматозоидах путем активации процессов АФК, что, в свою очередь, приводит к снижению числа быстроподвижных форм клеток и повышению количества неподвижных форм. Витамин Е (α-токоферол, 50 μл), добавляемый к пробам до облучения, оказывал нормализующее действие на изучаемые показатели (снижал концентрацию МДА и повышал подвижность половых клеток) [156]. Например, количество сперматозоидов с быстрым прогрессивным движением (а) в контроле составляло 24,772 ± 1,613, в то время как при облучении оно достоверно падало до 20,494 ± 1,735. Витамин Е (α-токоферол), добавленный в образцы спермы, которые подвергались электромагнитной экспозиции, восстанавливал количество сперматозоидов с быстрым прогрессивным движением (24,022 ± 1,560).
Облучение проб спермы от 29 здоровых доноров при более высокой частоте (W-LAN/Wi-Fi, 2,45 МГц, продолжительность 4 ч, ППЭ: 0,45 мкВт/cм² – минимальное значение, 1,1 мкВт/cм² – максимальное значение) снижает количество сперматозоидов с прогрессивной подвижностью и увеличивает фрагментацию ДНК. Авторы полагают, что близкое расположение Wi-Fi-адаптеров от органов мужской репродуктивной системы может быть причиной снижения мужской фертильности [157].
Оценивая эффекты излучения мобильного телефона на качество клеток спермы у инфертильных мужчин в зависимости от длительности ежедневного использования мобильного телефона с учетом всего времени с начала его подключения (от одного года до трех лет и от четырех до шести лет), пришли к такому общему заключению. У лиц, использующих мобильный телефон (n = 270), по сравнению с контрольной группой (не имеющие телефона, n = 30) существенно снижается количество сперматозоидов, падает их подвижность и ухудшается морфология клеток (табл. 3.2) [158].
Для более детального анализа степени нарушений исследуемых показателей спермограммы все обследуемые были разделены на 4 группы в зависимости от продолжительности использования мобильного телефона в течение дня: группа 1–4 ч/день; группа 2–3 ч/день, группа 3–2 ч/день и группа 4 – телефоном не пользовалась (контроль). При этом наблюдаются особенно значительные различия в снижении количества сперматозоидов, их подвижности и морфологии клеток по сравнению с группой 4 и контролем (табл. 3.3). В этом случае отмечается падение числа сперматозоидов более чем в 2 раза, подвижность уменьшается более чем на 40 %, аномалии в морфологии клеток возрастают на 30 %. В то же время анализ содержания тестостерона в сыворотке крови не выявил существенных его различий между различными группами.
Таблица 3.2. Некоторые показатели спермы инфертильных мужчин, использующих и неиспользующих мобильный телефон [158]
* Достоверно при Р < 0,05.
Таблица 3.3. Некоторые показатели спермы среди групп инфертильных мужчин в зависимости от продолжительности использования мобильного телефона в день [158]
** Достоверно при P ≤ 0,001.
Подвижность сперматозоидов в сперме, полученных от 30 здоровых доноров, обратившихся в клинику в связи с инфертильностью, облученных от 2 до 4 ч мобильным джаммером (MB06-Mobile Blocker), была значительно ниже по сравнению с контролем (ложнооблученные образцы). Подвижность половых клеток, облученных на расстоянии 50 см от источника, при 2– и 4-часовом воздействии достоверно снижалась на 16,6 и 17,4 % соответственно. Сделан вывод о том, что мобильный джаммер может значительно уменьшить подвижность клеток спермы и снизить шанс оплодотворения [159].
С 1993 по 2007 г. в клинике проводилось обследование 2110 мужчин в связи с инфертильностью пациентов [160]. Все обследуемые были разделены на две группы в зависимости от длительности использования мобильного телефона. Различий в количестве клеток в сперме в группах не выявлялось. Однако у мужчин, которые часто разговаривали по телефону (n = 991), отмечается повышение количества аномальных форм сперматозоидов, а в сыворотке крови наблюдается увеличение уровня тестостерона и снижение содержания лютеинизирующего гормона по сравнению с таковыми показателями контрольной группы (не пользующиеся мобильным телефоном, n = 1119). Изменение уровня указанных гормонов, вероятно, отражает адаптацию эндокринной системы на хронический стресс, вызванный длительной экспозицией сотового телефона.
У 20 здоровых мужчин-добровольцев, облученных ЭМП сотовых телефонов (900 МГц, 2 ч/день, 5 дней в неделю на протяжении 4 нед), исследовали в сыворотке крови содержание тестостерона и некоторых других гормонов до облучения, в середине эксперимента, после прекращения облучения и спустя 15 сут после воздействия. Уровень тестостерона, пролактина, тиреотропного и адренокортикотропного гормонов в сыворотке крови облученных мужчин во всех сериях опытов находился в пределах физиологической нормы, в то время как содержание гормона роста и кортизола снижалось на 28 и 12 % соответственно по сравнению с соответствующим уровнем до облучения и спустя 15 сут после облучения. Данные результаты исследований показывают отсутствие существенного влияния экспозиции сотового телефона на эндокринную систему организма человека в условиях проведенного эксперимента [161].
Напротив, в работе [162] были сделаны выводы о существенном влиянии ЭМП мобильных телефонов и базовых станций на уровень гормонов в сыворотке крови человека. При изучении гормонального профиля мужчин – пользователей мобильной связи (950 МГц) на протяжении 3 и 6 лет (n = 82) и добровольцев (n = 34), которые подвергались воздействию ЭМП от базовых станций (950 МГц), было установлено значимое снижение содержания тестостерона, тиреоидных гормонов, адренокортикотропного гормона (АКТГ), кортизола по сравнению с контрольными группами. Выраженность изменений исследованных гормонов зависела от продолжительности воздействия излучения мобильного телефона и расстояния от базовой станции.
На основании проведенного анализа исследований очевидно, что пока еще нет однозначного ответа на вопрос о степени опасности излучения мобильного телефона на мужскую репродуктивную систему. Уровень этого облучения на организм низкий, так как энергия фотона в диапазоне от 300 МГц до 3 ГГц, куда входит и диапазон мобильной связи, составляет всего 1,24–12,4 μэВ, и в этом случае принято говорить о нетепловом (информационном) характере воздействия. Энергии фотона, излучаемого мобильным телефоном, недостаточно для разрыва химических связей, но она может повлиять на интенсивность физиологических и биохимических процессов в клетках, в которых под влиянием излучения происходят поляризация макромолекул и изменение ориентации их вдоль силовых линий ЭМП, что оказывает влияние на внутри– и межмолекулярные связи [32]. Облучение мобильным телефоном активирует свободнорадикальные процессы в сперматозоидах, способствует повышению уровня продукции активных форм кислорода и возникновению окислительного стресса [14], что приводит к индукции апоптоза и повреждению структуры ДНК, о чем свидетельствует появление 8′-гидроокси-2-дезоксигуанозина [120] что в конечном счете может привести к нарушению свойств половых клеток.
Таким образом, в большинстве все еще не столь многочисленных работ подтверждается негативное влияние ЭМП сотового телефона на морфофункциональные свойства сперматозоидов человека. Прежде всего, электромагнитное воздействие в диапазоне мобильной связи как in vivo , так и in vitro вызывает снижение подвижности человеческих сперматозоидов (уменьшается число клеток с быстрым и медленным поступательным движением и увеличивается количество неподвижных клеток). По мнению [163], в результате использования мобильного телефона на протяжении более 10 лет у мужчин происходит устойчивое снижение количества подвижных клеток спермы. Кроме того, падают их жизнеспособность и количество морфологически полноценных сперматозоидов. Между тем именно от этих показателей во многом зависит реализация оплодотворяющей способности половых клеток. Ухудшение показателей свойств спермы зависит от продолжительности использования мобильного телефона и от величины его SAR. Единичные данные об изменении эндокринного статуса мужчин, использующих активно мобильный телефон, весьма противоречивы, но исследования в этой области интенсивно развиваются, что со временем позволит более полно раскрыть механизмы эндокринной регуляции в организме в условиях облучения. В то же время следует отметить, что оценка свойств мужской репродуктивной системы при воздействии ЭМП мобильного телефона на человека объективно имеет ограниченные возможности, она носит косвенный характер, так как в основном связана преимущественно с анализом спермы, зрелых половых клеток. Изучение состояния репродуктивной системы самцов животных в эксперименте позволяет значительно расширить спектр исследований, проводить углубленные исследования непосредственно во всех ее звеньях, и прежде всего в семенниках, и тем самым дает возможность получить более глубокие представления о биологических эффектах ЭМП мобильного телефона на процесс сперматогенеза и оценить степень опасности этого воздействия, включая риск появления отдаленных последствий.
Кроме того, исследования биологического действия электромагнитного излучения в диапазоне мобильной связи, выполняемые на лабораторных животных, преследуют цель с наибольшей достоверностью экстраполировать полученные данные экспериментов на человека [2]. Необходимо в то же время иметь в виду, что различия между человеком и мелкими лабораторными животными, на которых в основном проводятся эксперименты, весьма значительны, что приводит к существенному несоответствию в поглощении энергии ЭМИ при различных частотах. Это обусловлено значительными различиями в размерах тела. Например, у крыс диаметр тела составляет около 5–7 см и поэтому электромагнитная энергия поглощается практически во всем теле, в то время как у более крупных животных или у человека – только в поверхностных слоях его [2]. Поэтому эффекты, вызываемые облучением от сотового телефона, у человека и животных будут отличаться. Считается, что ошибки в экстраполяции при переносе экспериментальных данных с мелких лабораторных животных на человека могут достигать в 2–3 раза. Однако в настоящее время благодаря достижениям дозиметрии на основе компьютерной обработки данных появилась возможность более объективной оценки поглощения энергии ЭМИ, ее распределения в объекте и биологических эффектов в результате облучения, что позволяет удовлетворительно решить эту проблему.