MORPHO-FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF VERTEBRATE REPRODUCTIVE SYSTEM UNDER CONDITIONS OF THEIR HABITAT EXPOSURE TO HEAVY METAL COMPOUNDS



Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The review presents data of modern Russian and foreign literature on the morpho-functional changes in the vertebrate reproductive system after exposure of their habitat to heavy metal compounds. The data presented in the review indicate the multilateral negative effect of heavy metal compounds on the vertebrate reproductive system. The evidence shows the direct and mediated negative impact of heavy metal compounds on the organism of animals and humans. In vertebrates, a disturbance of the reproductive system morphogenesis is observed, the gonads demonstrate marked destructive changes in the developing germ cells and their resorption. In the ovaries, the rapid depletion of the follicular reserve was noted. In the testes, the amount of connective tissue was increased due to a reduction of the proportion of generative structures, together with the frequent incidence of convoluted seminiferous tubules with a destruction of seminiferous epithelium. In the lumen of the tubules, polynuclear giant cells appeared, while in the tubular wall the increased permeability of blood-testis barrier was observed. Simultaneously, the decrease of fertilizing capacity of male and female gametes was detected. These morphological and functional changes in the reproductive system of animals were observed in association with reproduction activation (reduction of the age of puberty, the increase in the proportion of individuals participating in reproduction). The extent of damage of the reproductive system varies considerably in different species, indicating the presence of species adaptation to the adverse effects of heavy metal compounds.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. N. Shevliuk

Orenburg State Medical University

Email: k_histology@orgma.ru
Department of Histology, Cytology and Embryology

A. A Mamyrbayev

Marat Ospanov West Kazakhstan State medical University

Email: asemaika@mail.ru
Department of Communal Hygiene and Occupational Health with Occupational Diseases

T. Zh. Umbetov

Marat Ospanov West Kazakhstan State medical University

Email: Egemberdieva17@mail.ru
Department of Histology

References

  1. Акимова Н. В., Рубан Г. И. Аномалии в развитии и функционировании воспроизводительной системы сибирского осетра Acipenser baerii Brandt (Acipenseridae) реки Енисей // Известия РАН. Серия биологическая. 2009. № 5. С. 627-631.
  2. Безель В. С., Большаков В. Н., Воробейчик Е. Л. Популяционная экотоксикология. М.: Наука, 1994.
  3. Боков Д. А., Абдильданова А. М., Шевлюк Н. Н. Влияние хрома и бензола на фертильный потенциал самцов мышей СВА×С57BL6. Структурные факторы повреждения и адаптации сперматогенеза // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. Т. 15, № 3-6. С. 1734-1737.
  4. Боков Д. А., Шевлюк Н. Н. Характеристика сперматогенеза у мышей СВАхС57BL6 при комбинированном действии хрома и бензола // Проблемы репродукции. 2014. T. 20, № 2. C. 7-11.
  5. Боков Д. А., Шевлюк Н. Н., Абдильданова А. М. Формирование изменчивости цитометрических параметров в различных кластерах интерстициальных эндокриноцитов семенников мышей СВА×С57BL6 при хрома-бензольной интоксикации в эксперименте // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2014. T. 157, № 1. C. 45-48.
  6. Болотов И. Н., Беспалая Ю. В., Усачёва О. В. Экология и эволюция гидробионтов в горячих источниках Субарктики и Арктики: Формирование аналогичных сообществ, адаптации видов и микроэволюционные процессы // Успехи современной биологии. 2012. Т. 132, № 1. C. 77-86.
  7. Большаков В. Н., Васильев А. Г., Васильева И. А., Городилова Ю. В., Колчева Н. Е., Любашевский Н. М., Чибиряк М. В. Техногенная морфологическая изменчивость малой лесной мыши (Sylvaemus uralensis Pall.) на Урале // Экология. 2012. № 6. C. 427-433.
  8. Владимиров Ю. А., Арчаков А. И. Перикисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972.
  9. Воробейчик Е. Л., Нестеркова Д. В. Техногенная граница распространения крота в районе воздействия медеплавильного завода: смещение в период сокращения выбросов // Экология. 2015. № 4. C. 308-312.
  10. Дуденкова Н. А., Шубина О. С. Влияние свинца на репродуктивную систему организма. Саранск: Мордовский гос. пед. ин-т, 2015.
  11. Жукова Т. И., Валиуллина Л. Ф. Влияние рН среды на выживаемость икры озёрной лягушки // Актуальные вопросы экологии и охраны природы Азовского моря и Восточного Приазовья. Краснодар, 1990. C. 148-151.
  12. Захидов С. Т., Гордеева О. Ф., Маршак Т. Л. Биологическая модель ускоренного старения. I. Темп спонтанного мутационного процесса в сперматогенезе у мышей линии SAM // Известия АН. Серия биологическая. 2001. № 1. С. 23-30.
  13. Захидов С. Т., Павлюченкова С. М., Маршак Т. Л., Рудой В. М., Дементьева О. В., Зеленина И. А., Скуридин С. Г., Макаров А. А., Хохлов А. Н., Евдокимов Ю. М. Влияние наночастиц золота на сперматогенез мышей // Известия РАН. Серия биологическая. 2012. № 3. С. 279- 287.
  14. Иванова В. Ф., Маймулов В. Г., Пузырёв А. А., Китаева Л. В., Михеева Е. А. Клеточный уровень адаптации организма к воздействию окружающей среды крупного промышленного города (Санкт-Петербург) // Морфология. 2001. T. 119, вып. 1. C. 8-14.
  15. Катаев Г. Д. Оценка состояния сообществ млекопитающих северо-таёжных экосистем в окрестностях предприятия по производству никеля // Экология. 2005. № 6. C. 460-465.
  16. Кашулин Н. А., Даувальтер В. А., Сандимиров С. С., Терентьев П. М., Денисов Д. Б. Влияние цветной металлургии на состояние субарктических пресноводных экосистем // Цветные металлы. 2011. № 11. C. 71-75.
  17. Кашулин Н. А., Решетников Ю. С. Накопление и распределение никеля, меди и цинка в органах и тканях рыб в субарктических водоёмах, загрязняемых выбросами медноникелевого комбината // Вопросы ихтиологии. 1995. T. 35, № 6. C. 663.
  18. Кшнясев И. А., Давыдова Ю. А., Мухачёва С. В. Особенности плотности и структуры населения мелких млекопитающих в окрестностях медеплавильного комбината // Териофауна России и сопредельных территорий. Международное совещание (IX съезд Териологического общества при РАН). М.: Товарищество научных изданий КМК, 2011. C. 271.
  19. Лукьянова Л. Е., Лукьянов О. А. Экологически дестабилизированная среда: влияние на население мелких млекопитающих // Экология. 2004. № 3. C. 210-217.
  20. Мамина В. П., Жигальский О. А. Морфофункциональные особенности семенников мелких млекопитающих при разных уровнях плотности популяции // Успехи современной биологии. 2004. T. 124, № 2. C. 507-512.
  21. Мамина В. П., Жигальский О. А. Анализ механизмов регуляции в системе «плотность-семенник-сперматозоиды- фертильность» у мелких млекопитающих // Доклады Академии наук. 2006. T. 406, № 2. C. 275-277.
  22. Мамина В. П., Шейко Л. Д., Жигальский О. А. Оценка состояния сперматогенного эпителия и выход доминантных летальных мутаций у крыс, подвергнутых действию шестивалентного хрома в малых дозах // Успехи современного естествознания. 2013. № 11. C. 50-53.
  23. Мисюра А. И. Сравнительная характеристика содержания некоторых микроэлементов в организме различных видов бесхвостых амфибий // Вид и его продуктивность в ареале: Материалы 5-го Всес. совещ. (г. Тбилиси, 10-12 ноября 1988 г.). Вильнюс, 1988. C. 136-137.
  24. Мухачёва С. В. Многолетняя динамика концентрации тяжёлых металлов в корме и организме рыжей полёвки (Myodes glareolus) в период снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2017. № 6. С. 461-471.
  25. Никитин А. И. Факторы среды и репродуктивная система человека // Морфология. 1998. T. 114, № 6. C. 7-16.
  26. Никитин А. И. Вредные факторы среды и репродуктивная система человека (ответственность перед будущими поколениями). СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2005.
  27. Новиков Е. А., Мошкин М. П. Роль стресса в модификации онтогенетических программ // Успехи соврем. биологии. 2009. Т. 129, № 3. С. 227-238.
  28. Павлов В. Н.,Бекмухамбетов Е. Ж.,Терегулова З. С.,Мамырбаев А. А., Терегулов Б. Ф., Ишемгулов Р. Р. К оценке репродуктивного здоровья мужчин, проживающих и работающих в условиях горно-рудного техногенеза // Медицинский вестник Башкортостана. 2015. T. 10, № 3. C. 103-106.
  29. Решетников Ю. С., Акимова Н. В., Попова О. А. Аномалии в системе воспроизводства рыб при антропогенном воздействии // Известия Самарского научного центра РАН. 2000. T. 2, № 2. C. 274-282.
  30. Решетников Ю. С., Попова О. А., Кашулин Н. А., Лукин А. А., Амундсен П. А., Сталдвик Ф. Оценка благополучия рыбной части водного сообщества по результатам морфопатологического анализа рыб // Успехи современной биологии. 1999. T. 119, № 2. C. 165.
  31. Сакиева К. Ж. Репродуктивное здоровье работниц хромового производства // Медицинский журнал Западного Казахстана. 2015. № 2 (46). C. 111-115.
  32. Узбеков В. А., Мамырбаев А. А., Отаров Е. Ж., Ибраев С. А., Перепичко Н. З. Оценка опасности воздействия на людей соединений хрома при добыче хромсодержащих руд и получения феррохрома // Медицина и экология. 2014. № 1 (70). C. 24-27.
  33. Шарыгин С. А. Микроэлементы в организме прыткой ящерицы // Вид и его продуктивность в ареале: Материалы 5-го Всес. совещ. (г. Тбилиси, 10-12 ноября 1988 г.). Вильнюс, 1988. C. 141-143.
  34. Шатуновский М. И., Рубан Г. И. Изменчивость репродуктивных стратегий у атлантической трески Gadus murhua L. // Успехи современной биологии. 2013. T. 133, № 4. C. 366-377.
  35. Шатуновский М. И., Шилова С. А. Некоторые подходы к проблеме «техногенные катастрофы и биологические системы» // Успехи соврем. биологии. 1995. T. 115, № 5. C. 517-525.
  36. Шевлюк Н. Н. Сравнительная морфофункциональная характеристика эндокриноцитов семенников позвоночных (онтогенез, сезонные изменения, действие экстремальных факторов): Автореф. дис. … д-ра биол. наук. М., 1997.
  37. Шевлюк Н. Н. Основные принципы и закономерности структурно-функциональной организации эндокринных и герминативных структур семенника позвоночных // Морфология. 2002. T. 121, вып. 2-3. C. 179-180.
  38. Шевлюк Н. Н., Блинова Е. В., Боков Д. А., Дёмина Л. Л., Елина Е. Е., Мешкова О. А., Рыскулов М. Ф. Сравнительная морфофункциональная характеристика органов репродуктивной системы мелких млекопитающих в условиях антропогенной трансформации степных экосистем Южного Урала // Морфология. 2013. T. 144, вып. 5. C. 40-45.
  39. Шевлюк Н. Н., Блинова Е. В., Мешкова О. А., Филатова Л. Н. Клетки Лейдига семенников позвоночных в условиях влияния на популяции животных техногенных факторов // Морфология. 2011. T. 140, вып. 5. C. 56.
  40. Шевлюк Н. Н., Блинова Е. В., Мешкова О. А., Филатова Л. Н. Морфофункциональные преобразования органов репродуктвиной системы позвоночных в условиях воздействия техногенных факторов // Морфология. 2012. T. 141, вып. 3. C. 149.
  41. Шевлюк Н. Н., Мешкова О. А., Филатова Л. Н. Морфофункциональная характеристика органов репродуктвиной системы позвоночных (амфибии, рептилии, млекопитающие), обитающих в антропогенно изменённых ландшафтов Южного Урала // Морфология. 2009. T. 136, вып. 4. C. 155.
  42. Шевлюк Н. Н., Мешкова О. А., Филатова Л. Н. Морфофункциональная характеристика семенников позвоночных, обитающих в зоне влияния предприятия чёрной металлургии // Морфологические ведомости. 2009. № 3. C. 292- 293.
  43. Шевлюк Н. Н., Стадников А. А. Клетки Лейдига семенников позвоночных (онтогенез, ультраструктура, цитофизиология, факторы и механизмы регуляции). Оренбург: Изд-во ОрГМА, 2010.
  44. Щипанов Н. А. Некоторые аспекты популяционной устойчивости мелких млекопитающих // Успехи соврем. биологии. 2000. T. 120, № 1. C. 73-87.
  45. Яблоков А. В. О концепции «популяционного груза» (обзор) // Гигиена и санитария. 2015. T. 94, № 6. C. 11-15.
  46. Al-Omar M. A., Abbas A. K., Al-Obaidy S. A. Combined effect of exposure to lead and chlordane on the testicular tissues of Swiss mice // Toxicol. lett. 2000. Vol. 10. P. 1-8.
  47. Amundsen P.-A., Gjelland K., Knudsen R., Kashulin N. A., Terentjev P., Koroleva I. M., Dauvalter V. A., Sandimirov S., Kashulin A. Heavy metal contents in whitefish (Coregonus lavaretus) along a pollution gradient in a subarctic watercourse // Environ. Monitor. Assessment. 2011. Vol. 182, № 1-4. P. 301- 316.
  48. Amundsen P.-A., Staldvik F.J., Lukin A. A., Kashulin N. A., Popova O. A., Teshetnikov Y.S. Heavy metal contamination in freshwater fish from the border region between Norway and Russia // Science Total Environ. 1997. Vol. 201, № 3. P. 211-224.
  49. Apostoli P., Kiss Ph., Porru S., Bondi J. P., Vanhoorne M. and the ASCLEPIOS study group. Male reproductive toxicity of lead in animals and humans // Occup. Environ. Med. 1998. Vol. 55, № 2. P. 364-374.
  50. Blanco A., Moyano R., Vivo J., Flores-Acuna R., Molina A., Blanco C., Aguera E., Monterde J. G. Quantitative changes in the testicular structure in mice exposed to low doses of cadmium // Environ. Toxicol. Pharmacol. 2007. Vol. 23, № 1. P. 96-101.
  51. Braunstein G. D., Dahlgren J., Loriaux L. Hypogonadism in chronically lead-poisoned men // Infertility. 1978. Vol. 1. P. 33-51.
  52. Corpas I., Caspar I., Martinez S., Codesal J., Candelas S. Testicular alteration in rats due to gestational and early lactational administration of lead // Reprod. Toxicol. 1995. Vol. 9. P. 307-313.
  53. Diamond A. W. Impact of acid rein on aquatic birds // Environ. Monit. and assessment. 1989. Vol. 12, № 2. P. 245-254.
  54. Egea-Serrano A., Relyea R. A., Tejedo M., Torralva M. Understanding of the impact of chemicals on amphibians: a meta-analytic review // Ecology and evolution. 2012. Vol. 2, № 7. P. 1382-1397.
  55. El-Refaiy A. I., Eissa F. I. Histopathology and cytotoxicity as biomarkers in treated rats with cadmium and some therapeutic agents // Saudi J. Biol. Sci. 2013. Vol. 20, № 3. P. 265-280.
  56. Gribbins K. M., Gist D. H., Congdon J. D. Cytological evaluation of spermatogenesis and organization of the germinal epithelium in the male slider turtle, Trachemys scripta // J. Morphol. 2003. Vol. 255, № 3. P 337-346.
  57. Heywood R., James R. W. Current laboratory approaches for assessing male reproductive toxicity: testicular toxicity in laboratory animals // Reprod. Toxicol. 1985. Vol. 10. P. 147-160.
  58. Kar A. B., Das R. P. Testicular changes in rats after treatment with cadmium chloride // Acta Biol. Med. Ger. 1960. Vol. 5. P. 153.
  59. Karim R., Williams Sh. Heavy metal accumulation and associated histological changes in the ovary of Liza parsia (Ham, 1822) // Int. J. Curr. Res. 2015. Vol. 7, № 1. P. 11 866-11 868.
  60. Kirkwood T. Evolution of ageing // Nature. 1977. Vol. 270, № 5635. P. 301-304.
  61. Kirkwood T. Evolution of ageing // Mech. Ageing Dev. 2002. Vol. 123, № 7. P. 737-745.
  62. Kirkwood T., Holiday R. The evolution of ageing and longеvity // Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1979. Vol. 205, № 1161. P. 531-546.
  63. Krichah R., Ben Rhouma K., Hallegue D., Tebourbi O., mJoulin V., Couton D., Sakly M. Acute cadmium administration induces apoptosis in rat thymus and testicle, but not liver // Pol. J. Environ. Stud. 2003. Vol. 12, № 5. P. 589-594.
  64. Kumar S., Pant S. C. Comparative effects of the sublethal poisoning of zinc, coper and lead on gonads of the teleost Puntius conchonius // Toxicol. Letts. 1984. Vol. 23, № 2. P. 189-194.
  65. Lafuente A., Cano P., Esquifino A. Are cadmium effects on plasma gonadotropins, prolactin, ACTH, GH and TSH levels. dose-dependent? // Biometals. 2003. Vol. 16, № 2. P. 243-250.
  66. Linnenbach M., Marthaler R., Gebhardt H. Effect of acid water on gills and epidermis in brown trout (Salmo trutta L.) and in tadpoles of the common frog (Rana temporaria L.) // Ann. Soc. Roy. Zool. Belg. 1987. Vol. 117, № 1. Suppl. P. 365-374.
  67. Lombardi J. Comparative vertebrate reproduction. New York: Springer, 1998.
  68. Masarat J., Borana K., Sujaad N. Effect of mercuric chloride on histology of ovaries of African catfish, Clarias gariepinus // IMPACT: International Journal of Research in Applied, Natural and Social Sciences (IMPACT: IJRANSS). 2014. Vol. 2, № 5. P. 107-110.
  69. Messaoudi I., Banni M., Said L., Kerkeni A. Evaluation of involvement of testicular metallothionein gene expressionin the protective effect of zinc against cadmium-induced testicular pathophysiology in rat // Reprod. Toxicol. 2010. Vol. 29, № 3. P. 339-345.
  70. Norris D. O., Lopez K. H. Hormones and reproduction of vertebrates. Vol. 3: Reptiles. Oxford (UK): Acad. Press, 2010.
  71. Pant N., Kumar G., Upadhyay A. D., Patel D. K., Gupta Y. K., Chaturvedi P. K. Reproductive toxicity of lead, cadmium, and phthalate exposure in men // Environ. Sci. Pollut. Res. 2014. Vol. 21, № 18. P. 11 066-11 074.
  72. Perez-Coll C. S., Herkovits J., Salibian A. Embryo toxicity of lead on Bufo arenarum // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1988. Vol. 41, № 2. P. 247-252.
  73. Puluputturi S. R., Dayapulae J. R. Metals: male reproductive function // Int. J. Pharm. Sci. Rev. Res. 2012. Vol. 16 (2), № 13. P. 56-60.
  74. Rajan P., Kuzhivelil B. Cadmium induced histopathological changes in the testis of the fresh water fish, Rasbora dandia // J. Global Biosci. 2015. Vol. 4, № 7. P. 2808-2813.
  75. Rana S. V. Perspectives in endocrine toxicity of heavy metals // Biol. Trace Element Res. 2014. Vol. 160, № 1. P. 1-14.
  76. Reichrtova E., Dorociac F., Palkovicova L. Sites of lead and nickel accumulation in the placentaltissue // Hum. Exp. Toxicol. 1998. Vol. 17, № 3. P. 176-181.
  77. Roy C. A. Recent advances in heavy metals induced effect on male reproductive function - a retrospective // Al Ameen J. Med. Sci. 2009. Vol. 2, № 2. P. 37-42.
  78. Rzymski P., Tomczyk K., Rzymski P., Poniedzialek B., Opala T., Wilczak M. Impact of heavy metals on the female reproductive system // Ann. Agricult. Environ. Med. 2015. Vol. 22, № 2. P. 259-264.
  79. Saeed B. T. Effects of cadmium on sperm parameters, histological and hormonal changrs in testis of mature rats // Iraqi J. Embr. Infertil. Res. 2013. Vol. 3, № 6. P. 45-51.
  80. Sanches-Ospina A. C., Rodriguez B., Ceballos C. P. Histological description of the reproductive system of male and female hatchlings of the Magdalena River turtle (Podocnemis levyana) // Acta Biol. Colomb. 2014. Vol. 19, № 3. P. 427-435.
  81. Santos D. C. M., Cupertino M. C., Matta S. L. P., Oliveira J. A., Santos J. A. D. Histological alterations in liver and testis of Astyanax aff. bimaculatus caused by acute exposition to zinc // Rev. Ceres. Vicosa. 2015. Vol. 62, № 2. P. 131-141.
  82. Sharaf M. M. Reproduction and histomorphology of Nile Tilapis, Oreochromic niloticus collected from two different water soures // Life Sci. J. 2013. Vol. 10, № 3. P. 696-703.
  83. Sharma S., Manhor S., Qureshi T.A., Kaur P., Dar B. A. Histological studies on the cadmium chloride exposed air-breathing fish, Heteropnuestes fossilis (Bloch) with special reference to ovaries // Int. J. Environ. Sci. 2011. Vol. 2, № 2. P. 411-416.
  84. Singh J., Ambreescha K. Heavy metal: its accumulation in Human body and effect on human reproductive system // Ann. Cur. Res. 2016. Vol. 1, № 1. P. 4-11.
  85. Thompson J., Bannigan J. Cadmium: toxic effect on the reproductive system and the embryo // Reprod. Toxicol. 2008. Vol. 25, № 3. P. 304-315.
  86. Vigeh M., Smith D. R., Hsu P.-C. How does lead induce male infertility? // Iran. J. Reprod. Med. 2011. Vol. 9, № 1. P. 1-8.
  87. Weygoldt P. Changes in the composition of mountain stream frog communities in the Atlantic Mountains of Brazil: frogs as indicators of environmental deteriorations? // Stud. Neotrop. Fauna Environ. 1989. Vol. 24, № 4. P. 249-255.
  88. Winder C. Reproductive and chromosomal effects of occupational exposure to lead in the male // Reprod. Toxicol. 1989. Vol. 3. P. 221-233.
  89. Winship K. A. Toxicity of lead: a review // Adverse Drug React. Acute Poison. Rev. 1989. Vol. 8, № 3. P. 117-153.
  90. Yang I. M., Atnush M., Chene Q. Y., Wu X. D., Pang B., Jiang X. Z. Cadmium-induced damage to primary cultures of rat Leydig cells // Reprod.Toxicol. 2003. Vol. 17, № 5. P. 553-560.
  91. Zhou T., Zhou G. Q., Song W. M., Egushi N., Lu W., Lundin E., Jin T. Y., Nordberg G. Cadmium-induced apoptosis and changes in expression of p53, c-jun and MT-1 genes in testes and ventral prostate of rats // Toxicology. 1999. Vol. 142, № 1. P. 1-13.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2018 Eco-Vector


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: № 0110212 от 08.02.1993.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies