Оценка дополнительного риска здоровью мужчин, обусловленного дисрегуляцией гипофизарно-гонадной оси при длительном комбинированном аэрогенном воздействии металлов в составе мелко- и ультрадисперсных частиц (РМ2.5 и менее)

Землянова Марина Александровна – доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделом биохимических и цитогенетических методов диагностики (e-mail: ; тел.: 8 (342) 236-39-30; ORCID: .

Кольдибекова Юлия Вячеславовна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией метаболизма и фармакокинетики отдела биохимических и цитогенетических методов диагностики (e-mail: ; тел.: 8 (342) 236-39-30; ORCID: .

Пустовалова Ольга Васильевна – старший научный сотрудник, заведующий лабораторией биохимической и нано-сенсорной диагностики отдела биохимических и цитогенетических методов диагностики (e-mail: ; тел.: 8 (342) 236-39-30; ORCID: .

Поддержание и улучшение репродуктивного здоровья граждан является ключевым элементом обеспечения национальной безопасности, устойчивого демографического развития и реализации государственной политики Российской Федерации1. Репродуктивное здоровье служит основой воспроизводства населения, поддерживая его численность, в том числе в трудоспособном возрасте, что напрямую влияет на экономические и социальные сферы деятельности государства [1].

Актуальность сохранения генеративной функции подтверждается отмечающейся тенденцией к снижению рождаемости. За период с 2015 по 2024 г. суммарный коэффициент рождаемости в РФ снизился в с 1,67 до 1,362. Это может быть связано с ростом числа супружеских пар, имеющих проблемы с репродуктивным здоровьем. Долгое время в вопросах воспроизводства населения основное внимание уделялось репродукции женщины, что объясняется ее биологической ролью в вынашивании и рождении ребенка [2, 3]. Однако накопленные за последние десятилетия данные свидетельствуют о росте частоты идиопатического бесплодия во всем мире, что диктует острую необходимость углубленного изучения репродуктивного здоровья мужской популяции. Это приобретает самостоятельную и высокую значимость по следующим причинам: ее значительный вклад в бесплодие супружеских пар (до 60,0 % случаев отсутствия беременности связано с дисфункцией репродуктивной системы со стороны мужчин), рост распространенности андрологических нарушений (устойчивое снижение концентрации и подвижности сперматозоидов, увеличение частоты врожденных аномалий структур половой системы и др.), высокая чувствительность сперматогенеза к негативному воздействию факторов среды обитания, в том числе химических токсикантов [4–8].

В последние годы особенно актуальным становится изучение вопроса о влиянии на мужскую репродуктивную систему металлов и их соединений (например, никель, хром, свинец, медь, марганец, кобальт, кадмий и др.), обладающих антиандроген-ным эффектом3 [9]. Поступление указанных металлов в организм может осуществляться ингаляционным путем в составе взвешенных частиц атмосферного воздуха (включая их мелкодисперсные, и ультрадисперсные фракции), а также перорально и перкутанно при потреблении загрязненных продук- тов, воды и прямом контакте с кожей [10, 11]. Основными источниками поступления металлов в составе мелкодисперсных фракций (РМ2.5 и менее) являются выбросы металлургических, горнодобывающих, химических предприятий и объектов топливно-энергетического комплекса [12]. Металлы в составе мелкодисперсных фракций или адсорбированные на их поверхности, в отличие от элементов в структуре крупнодисперсных частиц, при вдыхании способны беспрепятственно преодолевать аэрогема-тический барьер и напрямую проникать из альвеол в системный кровоток [13, 14]. Данный путь поступления, минуя специфические биологические фильтры желудочно-кишечного тракта (транспортные белки и мембранные каналы, ограничивающие биодоступность ионных форм), обеспечивает максимальное системное распределение металлов. Проникая через гематоэнцефалический и гематотести-кулярный барьеры, металлы в составе мелкодисперсных частиц способны оказывать прямое токсическое действие на клетки гипофиза и гонад. Данный процесс инициирует избыточную генерацию окислительного стресса, индуцирует фрагментацию ДНК половых клеток и блокирует сигнальные пути, вовлеченные в поддержание эндокринного гомеостаза. Опосредованный эффект изучаемых веществ реализуется через нарушение системной регуляции сперматогенеза со стороны гипофизарногонадной оси (ГГ-ось). Следствием указанных деструктивных процессов выступает дестабилизация пульсационной секреции гонадотропных и стероидных гормонов, что существенно повышает риск формирования мужского бесплодия [15–17]. Ключевыми фенотипическими проявлениями данных расстройств служат качественные и количественные изменения эякулята (снижение подвижности, нарушение морфологии и сокращение жизненного цикла сперматозоидов), угнетение их фертильного потенциала, а также развитие андрогенного дефицита. Согласно результатам фундаментальных исследований, нарушение синтеза лютеинизирующего гормона и снижение уровня тестостерона свободного являются классическими взаимосвязанными маркерами-предикторами развития мужского бесплодия [4–6, 18, 19].

Таким образом, учет патогенетических механизмов прямого токсического действия металлов в составе респирабельной фракции частиц (РМ2.5 и менее) необходим для адекватной оценки риска развития нарушения фертильности и повышения эффективности профилактических мер, направленных на сохранение репродуктивного потенциала мужского населения.

Цель исследования – количественная оценка дополнительного риска здоровью мужчин, обусловленного дисрегуляцией гипофизарно-гонадной оси при длительном аэрогенном комбинированном воздействии металлов в составе мелкодисперсных частиц (PM 2.5 и менее).

Материалы и методы. Объектами исследования явились: пробы атмосферного воздуха селитебных территорий, расположенных как в зоне влияния выбросов крупного металлургического предприятия (территория наблюдения), так и в зоне их отсутствия (территория сравнения); биологические пробы (цельная кровь и ее фракции) мужчин фертильного возраста (18–49 лет), проживающих на указанных территориях; дополнительный репродуктивный риск, связанный с дисрегуляцией ГГ-оси при комбинированном действии металлов в составе мелкодисперсных частиц РМ 2.5 и менее. Сформированы две группы: группа наблюдения – 139 мужчин, подвергающихся длительной аэрогенной комбинированной экспозиции металлов в составе мелкодисперсных частиц атмосферного воздуха; группа сравнения – 116 мужчин в условиях отсутствия экспозиции указанных компонентов. Группы сопоставимы по основным социально-экономическим и гигиеническим условиям проживания, профессиональный маршрут их участников не включал работы, связанные с воздействием химического фактора производственной среды.

Анализ фракционного и химического состава взвешенных частиц выполнен по среднесуточным пробам атмосферного воздуха, отобранным на селитебной территории в точке, максимально приближенной к границе санитарно-защитной зоны крупного металлургического предприятия. Отбор проведен воздухозаборным устройством ПА-300М-2 на фильтры АФА-ВП-20-2. Гранулометрический анализ взвешенных частиц (РМ1.0 и РМ2.5) выполнен методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) на приборе S-3400N (Hitachi, Япония), оснащенном программным пакетом ImageJ-FiJi (Германия); химический состав – методом рентгеноспектрального анализа (РСА) на энергодисперсионном спектрометре XFlash Detektor 4010 (Bruker, Германия). Оценка содержания взвешенных веществ и их фракций (РМ2.5, РМ10) в пробах атмосферного воздуха выполнена относительно установленных нор- мативов в соответствии с СанПиН 1.2.3685-214 и показателей территории сравнения. В связи с тем, что действующие нормативные документы устанавливают ПДКсс только для интегральных показателей взвешенных частиц (РМ2.5 и РМ10), выполнен расчет суммарных концентраций изолированных фракций (< 0,1; 0,1–2,5; 2,5–10 мкм).

Идентификация мелкодисперсных частиц в крови выполнена методом РЭМ, определение их элементного состава – методом РСА. Содержание 6 металлов (кобальт, марганец, медь, никель, свинец, хром) определяли в цельной крови, в супернатанте (в жидкой фазе) и твердом осадке (в осажденных частицах). Супернатант получали с помощью лизиса эритроцитов лизирующим буфером (соотношение «кровь:буфер» – 3:10) с последующим двукратным центрифугированием при 14 тыс. об./мин в течение 10 мин и отделением супернатанта от твердого осадка декантированием. Концентрацию металлов в исследуемых биосубстратах в мг/дм3 определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ISP-MS) на масс-спектрометре Agilent 7500cx (Agilent Technologies Inc., США) согласно МУК 4.1.3230-14, МУК 4.1.3161-14. Результаты сопоставляли с показателями группы сравнения и референтными уровнями5. Определение концентрации металлов в цельной крови применяли для интегральной оценки и подтверждения факта экспозиции, а фракционный анализ позволил установить соотношение их растворенных и связанных с микрочастицами форм металлов, что необходимо для обоснования патогенетических механизмов дисфункции ГГ-оси.

Регуляцию гипофизарно-гонадной оси оценивали на основании определения в сыворотке крови ее ключевых эффекторов – лютеинизирующего гормона (ЛГ), фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), тестостерона общего и свободного. В качестве заболевания, отражающего нарушение репродукции у мужчин, вызванного дисрегуляцией ГГ-оси, рассматривали бесплодие (МКБ-10: N46).

Характер распределения количественных показателей оценивали по критерию Колмогорова – Смирнова. При нормальном распределении использовали параметрические методы: рассчитывали среднее арифметическое (M) и ошибку репрезентативности (m). Статистическую значимость различий между независимыми выборками оценивали по t-критерию Стьюдента (различия считали значимыми при t ≥ 2, p ≤ 0,05). Оценку статистической значимости различий для бинарных признаков проводили на основе Z-теста. Статистическую обработку выполняли с использованием пакета Statistica 12.5 и собственного программного обеспечения, совместимого с MS Excel.

Дополнительный риск бесплодия вследствие дисрегуляции ГГ-оси при комбинированном воздействии металлов в составе РМ 2.5 и менее ( Δ R _{бесплодия} ), вычисляли по формуле (1):

бесплодия ^{= ∆ P} бесплодия( k ) ^⋅ g ^,

где Δ R _{бесплодия} – дополнительный риск бесплодия вследствие дисрегуляции ГГ-оси при комбинированном аэрогенном воздействии металлов в составе частиц РМ 2.5 и менее;

∆ P бесплодия ( k ) – дополнительная вероятность развития бесплодия, ассоциированная с отклонением от физиологической нормы k- го показателя регуляции ГГ-оси при воздействии комбинации металлов в составе частиц РМ 2.5 и менее;

g – показатель средневзвешенной тяжести мужского бесплодия⁶.

Оценку и категорирование уровней дополнительного риска осуществляли по критериям, представленным в руководстве (Р 2.1.10.3968-23. 2.1.10)7.

Дополнительную вероятность развития бесплодия, ассоциированную с отклонением от физиологической нормы k -го показателя функционального состояния ГГ-оси, при комбинированном воздействии металлов в составе частиц РМ 2.5 и менее вычисляли по формуле (2):

бесплодия( k ) ⁼                     ₂

=1-(1- ∆pкомб.k(ГГ-оси))(1- рфонбесплодия(k)), где ∆Pбесплодия (k) – дополнительная вероятность развития бесплодия, ассоциированная с изменением k-го показателя функционального состояния ГГ-оси при воздействии комбинации металлов в составе частиц РМ2.5 и менее;

Δ p ^комб. _{k (ГГ-оси)} – дополнительная вероятность отклонения от физиологической нормы k- го показателя ГГ-оси при воздействии комбинации металлов, находящихся в составе частиц РМ 2.5 и менее;

рфонбесплодия(k) – фоновая вероятность развития бесплодия при наличии девиации k-го показа- теля ГГ-оси при отсутствии воздействия экспозиции изучаемого фактора (в качестве базовой (фоновой) вероятности развития мужского бесплодия вне зоны экспозиции принята величина 0,0758).

Расчет дополнительной вероятности отклонения от физиологической нормы k -го показателя ГГ-оси в условиях комбинированного воздействия металлов в составе частиц РМ 2.5 и менее выполнен по формуле (3):

m

^∆ p ^комб. k (ГГ-оси) ^{= 1 -} ∏ ^{(1 - ∆} p kj (ГГ-оси)^{), (3)} j = 1

где Δ p ^комб. _{k (ГГ-оси)} – дополнительная вероятность отклонения от физиологической нормы k- го показателя регуляции ГГ-оси при воздействии комбинации металлов в составе частиц РМ_2.5 и менее;

m – количество приоритетных металлов, для которых установлена статистически значимая связь с вероятностью девиации k- го показателя ГГ-оси;

Δ p_{kj (ГГ-оси)} – дополнительная вероятность отклонения k -го показателя ГГ-оси при изолированном действии металлов в составе частиц РМ 2.5 и менее (воздействие экспозиции оценивали по факту повышенного содержания в твердом осадке крови j -го металла). Вероятность скорректирована вычитанием вероятности отклонения k -го показателя ГГ-оси при отсутствии воздействия экспозиции (фон) (при референтном уровне содержания j -го металла в твердом осадке крови).

Дополнительную вероятность отклонения k -го показателя ГГ-оси при изолированном действии j- го металла рассчитывали по формуле (4):

jфон p k(ГГ-оси) (4)

j экспоз.

Δpkj(ГГ-оси) =pk(ГГ-оси) - где Δpkj(ГГ-оси) – дополнительная вероятность отклонения от физиологической нормы k-го показателя ГГ-оси при изолированном воздействии j-го металла в составе частиц РМ2.5 и менее;

p ^{j э} _k ^к₍^с_Г^п_Г^о_-^з_о^._си) – вероятность отклонения от физиологической нормы k- го показателя ГГ-оси при фактической экспозиции j- го металла в составе частиц РМ 2.5 и менее;

p ^{j ф} _{k (}^о_Г^н_Г-оси) – вероятность изменения k- го показателя ГГ-оси от физиологической нормы при отсутствии воздействия j- го металла в составе частиц РМ 2.5 и менее⁹ (фоновая).

С помощью логистической регрессии оценивали вероятность изменения k- го показателя ГГ-оси при изолированном действии j- го металла в составе частиц РМ 2.5 и менее (5):

i экспоз. ¹

p k (ГГ-оси) = Г \ ^{, (5)} 1 + e V a 0jk ⁺ a ¹ k х j )

где p ^{j э} _k ^к₍^с_Г^п_Г^о_-^з_о^._си) – вероятность отклонения от физиологической нормы k- го показателя ГГ-оси при изолированном действии j- го металла в составе частиц РМ 2.5 и менее;

• x j – концентрация в твердом осадке крови j- го металла, мг/дм³;

• а _{0 jk} , a _{1 jk} – коэффициенты регрессионной модели.

Методом логистического регрессионного анализа установлены и количественно оценены зависимости «экспозиция – ответ», связывающие концентрацию металлов в твердом осадке крови с вероятностью отклонений специфических показателей ГГ-оси. Качество и адекватность полученных моделей оценивали посредством дисперсионного анализа с использованием F -критерия Фишера. Равенство дисперсий проверяли по F -критерию Фишера (различия дисперсий признавали незначимыми при F ≤ F крит. с учетом степеней свободы). Долю объясненной дисперсии определяли по коэффициенту детерминации ( R ²). Статистическую значимость коэффициентов моделей проверяли с помощью t- критерия Стьюдента. Все оценки выполнены при уровне статистической значимости р ≤ 0,05¹⁰.

Результаты и их обсуждение . Анализ и оценка структуры фракционного состава взвешенных веществ в зоне влияния выбросов металлургического предприятия выявила статистически значимые различия между исследуемыми территориями ( р = 0,01–0,02). В пробах атмосферного воздуха территории наблюдения зафиксирован выраженный сдвиг дисперсионного состава в сторону мелких фракций: суммарная доля частиц РМ 2.5 и менее составила 71,3 % от общего количества частиц, что в 2,2 раза выше показателя территории сравнения, в том числе фракции < 0,1 мкм – 17,3 % и 0,1–2,5 мкм – 54,0 %. На территории сравнения доминировал грубодисперсный компонент естественного происхождения (2,5–10,0 мкм) – 67,9 % (табл. 1).

На территории наблюдения расчетная среднесуточная концентрация интегрального показателя РМ 2.5 составила 0,075 мг/м³, что в 2,1 раза превышает гигиенический норматив (ПДК сс = 0,035 мг/м³), в 3,3 раза – показатель территории сравнения. Суммарный показатель РМ 10 достиг 0,115 мг/м³, превысив ПДК сс (0,06 мг/м³) в 1,9 раза, показатель территории сравнения – в 3,1 раза. На территории сравнения расчетные интегральные уровни РМ 2.5 (0,023 мг/м³) и РМ₁₀ (0,037 мг/м³) находились в пределах допустимых нормативных значений.

Расчетная интегральная среднесуточная концентрация РМ 10 формирует экспозицию взрослого населения на уровне до 0,034 мг/(кг∙сут), в том числе мелко- и ультрадисперсная фракции (РМ 2.5 и менее) – 0,022 мг/(кг∙сут) (долевой вклад в суммарную экспозицию порядка 65 %).

Рентгеноспектральный анализ показал, что химический состав мелкодисперсных частиц (РМ 1 и РМ 2.5 ) в пробах атмосферного воздуха территории наблюдения сложный и включает комплекс из шести металлсодержащих компонентов (Сo, Ni, Cu, Mn, Cr, Pb), в то время как на территории сравнения –

Таблица 1

Сравнительный анализ дисперсного состава и среднесуточных концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе жилой застройки

Фракционный состав частиц, мкм	Территория наблюдения	Территория сравнения	Значимость различий ( р ≤ 0,05)
Доля частиц, %
< 0,1 (ультрадисперсные)	17,3	2,2	0,02
0,1–2,5 (мелкодисперсные)	54,0	29,9	0,01
2,5–10,0 (грубодисперсные)	28,7	67,9	0,01
Среднесуточная концентрация частиц, мг/м3
Фракция РМ0.1 и менее	0,018 ± 0,001	0,002 ± 0,0003	0,0001
Фракция РМ2.5	0,057 ± 0,003	0,021 ± 0,001	0,0001
Фракция РМ10	0,040 ± 0,002	0,014 ± 0,003	0,0001

9 В качестве референтного уровня содержания металла в твердом осадке крови эмпирически (через группу сравнения) принята величина, равная референтному содержанию в крови, так как в группе сравнения металлы в твердой фракции не детектировались, и собственный референт для осадка отсутствует.

10 Гланц С. Медико-биологическая статистика / под ред. Н.Е. Бузикашвили [и др.]. – М.: Практика, 1998. – 459 с.

Таблица 2

Сравнительный анализ химического состава и массовых долей металлов (%), связанных с частицами РМ1.0 и РМ2.5 в пробах атмосферного воздуха селитебной территории

Металлы	1,0 мкм		2,5 мкм
	Территория наблюдения	Территория сравнения	Территория наблюдения	Территория сравнения
Co	-	-	2,74	-
Ni	11,9	-	17,67	-
Cu	60,1	20,2*	-	-
Mn	0,71	-	-	0,14
Сr	-	-	6,32	-
Pb	-	-	2,95	-

Примечание: * – различия статистически значимые ( р = 0,001).

из двух компонентов (Cu и Mn). Суммарная массовая доля идентифицированных металлов в составе РМ1 на территории наблюдения установлена на уровне 72,7 % (преимущественно за счет Cu и Ni) и РМ2.5 – 29,7 % (преимущественно за счет Ni и Cr). На территории сравнения идентифицированные только Cu и Mn составили 20,2 и 0,14 % соответственно. Все из установленных металлов обладают репротоксическим действием, включая способность индуцировать антиандрогенный эффект (табл. 2).

Факт экспозиции металлами в составе фракций РМ2.5 и менее доказан результатами элек- тронной микроскопии, рентгеноспектрального анализа и химико-аналитического исследования содержания металлов в цельной крови, супернатанте и твердом осадке у обследованных мужчин (рис. 1, табл. 3).

Анализ полученных результатов показал, что в крови экспонированных мужчин идентифицированы твердые частицы, по гранулометрическому и химическому составу адекватные частицам атмосферного воздуха в зоне экспозиции. В крови неэкспонированных мужчин твердые частицы не обнаружены.

Группа наблюдения

Группа сравнения

а                                                     б

Рис. 1. Мелкодисперсные частицы с их элементным составом, идентифицированные в крови мужчин: а – пример частиц при аэрогенной экспозиции; б – пример частиц при отсутствии аэрогенной экспозиции

Таблица 3

Содержание металлов в составе частиц РМ2.5 и менее в цельной крови, супернатанте и твердых частицах крови у обследованных мужчин

Вещество	Среднее значение ( М ± m ), мг/дм3		Доля мужчин с повышенным показателем относительно референтного уровня, %		Статистическая значимость различий между группами ( р ≤ 0,05)
	группа наблюдения	группа сравнения	группа наблюдения	группа сравнения
Цельная кровь
Кобальт	0,0007 ± 0,0001	0,0003 ± 0,0001	68,3	12,0	0,005
Марганец	0,013 ± 0,001	0,005 ± 0,001	73,2	0,0	0,0001
Медь	1,67 ± 0,036	0,453 ± 0,049	80,2	0,0	0,0001
Никель	0,0061 ± 0,0017	0,0017 ± 0,0005	85,4	11,2	0,0001
Свинец	0,132 ± 0,030	0,091 ± 0,017	35,0	0,0	0,084
Хром	0,0048 ± 0,0004	0,0023 ± 0,0006	90,1	15,5	0,0001
Супернатант цельной крови
Кобальт	0,0004 ± 0,00005	0,0002 ± 0,00006	66,4	11,1	0,011
Марганец	0,010 ± 0,001	0,004 ± 0,001	79,5	0,0	0,0001
Медь	0,831 ± 0,0034	0,044 ± 0,004	69,1	0,0	0,0001
Никель	0,0039 ± 0,001	0,0015 ± 0,0003	82,2	5,1	0,0001
Свинец	0,113 ± 0,018	0,081 ± 0,010	28,0	0,0	0,994
Хром	0,0038 ± 0,001	0,0021 ± 0,0005	95,4	12,3	0,002
Твердый осадок цельной крови
Кобальт	0,0003 ± 0,00007	нпо*	65,0	0,0	-
Марганец	0,0025 ± 0,0001	- " -	75,3	- " -	-
Медь	0,840 ± 0,024	- " -	69,0	- " -	-
Никель	0,002 ± 0,0001	- " -	81,2	- " -	-
Свинец	0,015 ± 0,004	- " -	30,4	- " -	-
Хром	0,0012 ± 0,0003	- " -	87,0	- " -	-

Примечание: * – нпо – нижний предел обнаружения.

Оценка распределения исследуемых элементов в анализируемых биосубстратах показала, что в твердом осадке аккумулировано до 36 % от их суммарного содержания в цельной крови, на долю супернатанта приходится до 64 %. Установлено повышенное содержание в крови марганца, меди, никеля, кобальта и хрома, концентрации которых от 1,3 до 7,0 раза превышают показатели группы сравнения и референтные уровни ( р = 0,0001–0,005). Данный дисбаланс выявлен у большинства мужчин группы наблюдения (от 68,3 до 90,1 % от общего количества обследованных), что до 5,8 раза превышает показатели группы сравнения. Одновременное статистически значимое повышение концентраций указанных элементов в супернатанте крови (в 1,3–2,9 раза выше группы сравнения, p = 0,0001–0,002) указывает на их переход из циркулирующих частиц в ионную форму. Наличие в твердом осадке крови у экспонированных мужчин частиц, содержащих никель, свинец, хром и кобальт, уровни которых в группе сравнения находились ниже предела количественного определения, служит прямым доказательством их аэрогенной транслокации в системный кровоток в составе мелко-и ультрадисперсных частиц. Наибольшая средняя концентрация в твердофазном матриксе зарегистрирована для меди (0,094 ± 0,024 мг/дм³), наименьшая – для кобальта (0,0003 ± 0,0001 мг/дм³). Концентрации остальных определяемых металлов варьировались от 0,001 до 0,015 мг/дм³.

У мужчин группы наблюдения с повышенной концентрацией металлов в твердом осадке установлена дисфункция гипофизарно-гонадной оси в виде снижения уровня тестостерона свободного и повышения ЛГ в сыворотке крови до 1,5 раза относительно группы сравнения ( р = 0,015–0,038) (табл. 4). Статистически значимых различий в уровнях изменения ФСГ и тестостерона общего в сыворотке крови в сравниваемых группах не установлено.

Выявлены и количественно оценены достоверные причинно-следственные связи между сниженным уровнем тестостерона свободного и повышенной концентрацией никеля и хрома в твердом осадке цельной крови ( R ² = 0,84–0,86; -2,93 ≤ b 0 ≤ -3,66; 543,79 ≤ b 1 ≤ 645,33; 904,49 ≤ F ≤ 1143,22; p = 0,0001); повышенным уровнем ЛГ и содержанием кобальта, меди и хрома в твердой фракции крови ( R ² = 0,13–0,68; -1,71 ≤ b 0 ≤ -3,49; 3,33 ≤ b 1 ≤ 271,45; 6,86 ≤ F ≤ 266,29; p = 0,0001–0,014).

На основании полученных коэффициентов регрессии обоснована величина дополнительного риска развития бесплодия у мужчин (Δ R ), связанного со снижением тестостерона свободного и гиперсекрецией ЛГ (как классическими маркерами-предикторами) при воздействии комбинаций никеля и хрома, меди, кобальта и хрома в составе частиц РМ 2.5 и менее (табл. 5). Прогнозируемый уровень дополнительного риска (2,3∙10^-3) превышает приемлемый уровень в 20,7 раза и классифицируется как «высокий».

Таблица 4

Изменения показателей ГГ-оси у мужчин

Показатель	Физиол. норма	Среднее значение ( М ± m )		Статистическая значимость различий показателей между группами ( р ≤ 0,05)
		Группа наблюдения	Группа сравнения
ФСГ, мМЕ/см3	0,8–13,0	4,16 ± 0,92	3,98 ± 0,86	0,766
ЛГ, мМЕ/см3	1,5–90	6,26 ± 1,49	4,32 ± 1,08	0,038
Тестостерон общий, нг/см3	2,6–10,90	5,93 ± 1,09	5,607 ± 0,63	0,606
Тестостерон свободный, нг/см3	4,5–42,0	9,39 ± 1,60	13,801 ± 3,20	0,015

Таблица 5

Дополнительный риск развития бесплодия у мужчин, связанный со снижением тестостерона свободного и гиперсекрецией лютеинизирующего гормона в условиях комбинированного аэрогенного воздействия металлов в составе мелко- и ультрадисперсных частиц (РМ2.5 и менее)

Показатель		Металлы, связанные с мелко- и ультрадисперсными частицами атмосферного воздуха (РМ2.5 и менее)
		никель	хром	кобальт	медь	хром
Коэффициент регрессии	a 0	-3,66	-2,93	-1,71	-3,49	-2,45
	a 1	543,7	645,3	1516,6	3,33	271,5
Вероятность изменения показателя ГГ-оси		Снижение тестостерона свободного		Повышение ЛГ
j экспоз. при изолированном воздействии ( p k (ГГ-оси) )		0,071	0,104	0,159	0,333	0,107
при отсутствии воздействия ( p j ф k ( о Г н Г-оси) ) (фоновый уровень)		0,042	0,092	0,174	0,239	0,094
дополнительная вероятность при изолированном воздействии ( Δ pkj (ГГ-оси) )		0,029	0,012	0,048	0,094	0,013
дополнительная вероятность при комбинированном воздействии ( Δ p комб. k (ГГ-оси) )		0,041		0,149
Фоновая вероятность бесплодия в популяции мужчин при отсутствии воздействия фон ( р    бесплодия( k ) )		0,075
Дополнительная вероятность бесплодия при комбинированном воздействии ( Δ P бесплодия( k ) )		0,112		0,213
Тяжесть бесплодия ( g )		0,00711
Фоновый риск развития бесплодия в популяции мужчин («по умолчанию»)		5,3∙10-4
Дополнительный риск развития бесплодия при длительном комбинированном аэрогенном воздействии металлов в составе частиц РМ2.5 и менее (Δ R бесплодия)		7,8∙10–4 – «настораживающий» (выше приемлемого уровня в 7,1 раза)		1,5∙10–3 – «высокий» (выше приемлемого уровня в 13,5 раза)
		2,3∙10-3 – «высокий» (выше приемлемого уровня в 20,7 раза)
Риск развития бесплодия при длительном комбинированном аэрогенном воздействии металлов в составе частиц РМ2.5 с учетом фонового уровня ( R бесплодия = Δ R бесплодия + R ф он)		2,8∙10-3 – «высокий» (превышение приемлемого уровня в 25,6 раза)

Результаты исследования свидетельствуют, что атмосферный воздух селитебной территории в зоне выбросов крупного металлургического предприятия характеризуется высокой концентрацией мелко- и ультрадисперсных частиц. Среднесуточная концентрация интегрального показателя РМ 2.5 превысила действующий гигиенический норматив в 2,1 раза. Суммарная массовая доля фракций РМ 2.5 и менее составила 71,3 %, что более чем в 2 раза превышает показатель территории сравнения. В составе твердых частиц РМ 2.5 и менее идентифицированы никель, свинец, хром, кобальт, марганец и медь (медь и никель преимущественно на РМ₁), из которых в пробах атмосферного воздуха территории сравнения обнаружены только два последних. Все идентифицированные металлы являются репротоксикантами, обладающими антиандроген-ным эффектом [11].

Подтверждением факта экспозиции преимущественно мелко- и ультрадисперсной фракций РМ 2.5 и менее (долевой вклад в общую экспозицию частицами порядка 65 %) являются результаты персонализированного биомониторинга. Химико-аналитическое исследование твердого осадка крови свидетельствует, что металлы в составе частиц размером 2,5 мкм и менее транслоцируются из альвеолярного пространства в системный кровоток и далее достигают органов-мишеней (гонады, гипофиз) как в растворимой (ионной), так и в партикулярной форме [9, 20, 21].

Преобладание металлов в супернатанте (до 64 %) отражает динамику интравазальных процессов: твердые мелкодисперсные матрицы в жидкой среде кровотока подвергаются интенсивному биовыщелачиванию и десорбции под действием белков и электролитов плазмы. Следовательно, твердый осадок (36 %) репрезентирует депонированный партикулярный пул элементов, в то время как супернатант фиксирует объем их актуального перехода в ионную форму, характеризующуюся максимальной токсикологической биодоступностью для ГГ-оси. Данный феномен подтверждает доминирующую роль ингаляционного поступления элементов в форме мелкодисперсных частиц.

Роль комбинированного аэрогенного действия металлов в составе мелко- и ультрадисперсных фракций в генезе бесплодия подтверждена выявленными зависимостями между контаминацией твердого осадка крови и функциональным состоянием ГГ-оси. Установлено, что повышенная концентрация никеля и хрома в твердом осадке крови, связан- ная с фракциями РМ2.5 и менее, является значимым предиктором снижения уровня тестостерона свободного, а кобальта, меди и хрома – повышения синтеза ЛГ. Изучаемые металлы способны нарушать работу ГГ-оси напрямую на центральном и периферическом уровнях [22]. На центральном уровне происходит индукция оксидативного стресса, воспаление и повреждение мембран и митохондрий клеток гипофиза, являющегося структурным элементом данной оси, регулирующего синтез ЛГ [23]. На периферическом уровне металлы, попадая в кровоток, достигают гонад (яичек), в которых повреждают клетки Лейдига, вырабатывающие тестостерон, и клетки Сертоли, поддерживающие сперматогенез [23]. Описанные механизмы являются патогенетической основой развития бесплодия у мужчин.

Выводы. Результаты исследования подтверждают гипотезу о деструктивном влиянии металлов (никель, хром, кобальт, медь) в составе мелко- и ультрадисперсной фракций (РМ 2.5 и менее) на функциональное состояние гипофизарно-гонадной оси у мужчин, что повышает риск бесплодия. Установлено воздействие данных металлов на ключевые звенья ГГ-оси, проявившееся статистически значимой гиперсекрецией ЛГ (до 1,4 раза) на гипофизарном уровне и угнетением синтеза тестостерона свободного (в 1,5 раза) на уровне гонад. Показано, что индуцированная дисрегуляция ГГ-оси формирует дополнительный репродуктивный риск развития мужского бесплодия, который в 20,7 раза превышает приемлемый уровень и классифицируется как «высокий». Полученные результаты обосновывают целесообразность внедрения детального металлокомпонентного анализа (с обязательным фокусом на медь, никель, хром, кобальт) состава мелко- и ульт-радисперсных частиц в существующие программы мониторинга атмосферного воздуха и биомониторинга. Расшифровка химической структуры пылевых фракций с выделением данных металлов служит базовым инструментом для идентификации спектра репродуктивных токсикантов в зонах влияния выбросов металлов в составе респирабельной фракции твердых частиц. Это позволит объективизировать оценку репродуктивного риска и повысить эффективность персонализированных мер его минимизации для экспонированного населения.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.