Вплив антиоксидантних препаратів на основі нанобіоматеріалів на гістоморфологію статевих залоз самців за дії теплового стресу або цукрового діабету
Анотація
Неплідність самців є актуальною проблемою ветеринарної репродуктології, а відповідно останнім науковим дослідженням доведено, що провідним патогенетичним механізмом у її виникненні є оксидативний стрес. Відомо, що такі поширені патологічні стани, як тепловий стрес і цукровий діабет здатні призводити до порушень функціональної активності та гістоархітектоніки статевих залоз самців. Для корекції змін, якими супроводжуються дані стани, запропоновано велику кількість сполук з антиоксидантними властивостями, в тому числі, і наноструктурованих. Отже, метою наших досліджень було обґрунтувати вплив антиоксидантних препаратів на основі нанобіоматеріалів на гістоструктурні параметри статевих залоз самців свійських тварин за дії теплового стресу або впливу цукрового діабету. Для цього було самців двох видів – кролів породи Хіплюс (n=12) і кнурів породної лінії велика біла × йоркшир (n=10), що були випадковим чином розділені на дві групи – контрольну і дослідну. Кролям відтворювали цукровий діабет, використовуючи алоксанову модель, контролюючи гіперглікемію біохімічно. Кнурів утримували за підвищених температур навколишнього середовища в літній період, виявляючи неплідність за погіршенням якості еякулятів. Дослідній групі кнурів для корекції антиоксидантного захисту застосовували комбіноване введення вітаміну А і наночастинок гадолінію ортованадату, а кролям з цією метою задавали α-ліпоєву кислоту і N-ацетилцистеїн. При дослідженні гістопрепаратів сім'яників тварин контрольних груп були виявлені типові зміни – більшість канальців були спустошеними, у деяких із них процеси сперматогенезу були зупинені на стадії утворення сперматид, що унеможливлювало утворення морфологічно повноцінних сперміїв і, як наслідок, повну відсутність їх у просвіті цих канальців. Епітелій цих канальців характеризувався дистрофічними змінами. Діаметр таких сім'яних канальців був значно меншим. Також, зменшеними були кількість і розміри клітин Лейдіга та їх ядер – вони відрізнялися поліморфізмом, зниженими оксифільними властивостями цитоплазми і явищами вакуолізації. За антиоксидантної корекції у кнурів відзначали відновлення структури сім’яників за теплового стресу: діаметр звивистих сім'яних канальців збільшувався на 31,3 % (p˂0,05), в канальцях відмічали наявність зрілих сперміїв, збільшення кількості клітин Лейдіга та їх ядер порівняно з контрольною групою. Введення α-ліпоєвої кислоти та N-ацетилцистеїну сприяло нормалізації морфології статевих залоз кролів за алоксан-індукованого цукрового діабету, а саме зменшення набряку інтерстицію, наявність у більшості канальців ознак збереження сперматогенезу, при чому деякі канальці вже були відновленими, що в цілому привело до зростання їх діаметру на 37,3 % (p˂0,05).
Завантаження
Посилання
Abdali, D., Samson, S. E., & Grover, A. K. (2015). How effective are antioxidant supplements in obesity and diabetes? Medical Principles and Practice, 24(3), 201–215. https://doi.org/10.1159/000375305
Abd-Elkareem, M., Abd El-Rahman, M. A. M., Khalil, N. S. A., & Amer, A. S. (2021). Antioxidant and cytoprotective effects of Nigella sativa L. seeds on the testis of monosodium glutamate challenged rats. Scientific Reports, 11(1), 13519. https://doi.org/10.1038/s41598-021-92977-4
Agarwal, A., Roychoudhury, S., Sharma, R., Gupta, S., Majzoub, A., & Sabanegh, E. (2017). Diagnostic application of oxidation-reduction potential assay for measurement of oxidative stress: clinical utility in male factor infertility. Reproductive Biomedicine Online, 34(1), 48–57. https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2016.10.008
Agbaje, I. M., Rogers, D. A., McVicar, C. M., McClure, N., Atkinson, A. B., Mallidis, C., & Lewis, S. E. (2007). Insulin dependant diabetes mellitus: implications for male reproductive function. Human Reproduction (Oxford, England), 22(7), 1871–1877. https://doi.org/10.1093/humrep/dem077
Aguirre-Arias, M. V., Velarde, V., & Moreno, R. D. (2017). Effects of ascorbic acid on spermatogenesis and sperm parameters in diabetic rats. Cell and Tissue Research, 370(2), 305–317. https://doi.org/10.1007/s00441-017-2660-6
Aitken, R. J., & Baker, M. A. (2006). Oxidative stress, sperm survival and fertility control. Molecular and Cellular Endocrinology, 250(1-2), 66–69. https://doi.org/10.1016/j.mce.2005.12.026
Aksu, D. S., Sağlam, Y. S., Yildirim, S., & Aksu, T. (2017). Effect of pomegranate (Punica granatum L.) juice on kidney, liver, heart and testis histopathological changes, and the tissues lipid peroxidation and antioxidant status in lead acetate-treated rats. Cellular and Molecular Biology, 63(10), 33–42. https://doi.org/10.14715/cmb/2017.63.10.5
Alves, M. G., Martins, A. D., Cavaco, J. E., Socorro, S., & Oliveira, P. F. (2013). Diabetes, insulin-mediated glucose metabolism and Sertoli/blood-testis barrier function. Tissue Barriers, 1(2), e23992. https://doi.org/10.4161/tisb.23992
Bejaoui, B., Sdiri, C., Ben Souf, I., Belhadj Slimen, I., Ben Larbi, M., Koumba, S., Martin, P., & M'Hamdi, N. (2023). Physicochemical Properties, Antioxidant Markers, and Meat Quality as Affected by Heat Stress: A Review. Molecules (Basel, Switzerland), 28(8), 3332. https://doi.org/10.3390/molecules28083332
Caiaffo, V., Ribeiro de Oliveira, B. D., de Sa, F. B., Neto, J. E., & da Silva Junior, V. A. (2017). Marine Food Protection in Testicular Damages Caused by Diabetes Mellitus. Current Diabetes Reviews, 13(6), 566–572. https://doi.org/10.2174/1573399812666160618123229
Corrêa, L. B. N. S., da Costa, C. A. S., Ribas, J. A. S., Boaventura, G. T., & Chagas, M. A. (2019). Antioxidant action of alpha lipoic acid on the testis and epididymis of diabetic rats: morphological, sperm and immunohistochemical evaluation. International Brazilian Journal of Urology, 45(4), 815–824. https://doi.org/10.1590/S1677-5538.IBJU.2018.0774
de Lamirande, E., & Gagnon, C. (1992). Reactive oxygen species and human spermatozoa. I. Effects on the motility of intact spermatozoa and on sperm axonemes. Journal of Andrology, 13(5), 368–378.
Dehdari Ebrahimi, N., Parsa, S., Nozari, F., Shahlaee, M. A., Maktabi, A., Sayadi, M., Sadeghi, A., & Azarpira, N. (2023). Protective effects of melatonin against the toxic effects of environmental pollutants and heavy metals on testicular tissue: A systematic review and meta-analysis of animal studies. Frontiers in Endocrinology, 14, 1119553. https://doi.org/10.3389/fendo.2023.1119553
Deng, C. C., Zhang, J. P., Huo, Y. N., Xue, H. Y., Wang, W., Zhang, J. J., & Wang, X. Z. (2022). Melatonin alleviates the heat stress-induced impairment of Sertoli cells by reprogramming glucose metabolism. Journal of Pineal Research, 73(3), e12819. https://doi.org/10.1111/jpi.12819
El-Kholy, K. H., Wafa, W. M., El-Nagar, H. A., Aboelmagd, A. M., & El-Ratel, I. T. (2021). Physiological response, testicular function, and health indices of rabbit males fed diets containing phytochemicals extract under heat stress conditions. Journal of Advanced Veterinary and Animal Research, 8(2), 256–265. https://doi.org/10.5455/javar.2021.h510
El-Ratel, I. T., Elbasuny, M. E., El-Nagar, H. A., Abdel-Khalek, A. E., El-Raghi, A. A., El Basuini, M. F., El-Kholy, K. H., & Fouda, S. F. (2023). The synergistic impact of Spirulina and selenium nanoparticles mitigates the adverse effects of heat stress on the physiology of rabbit’s bucks. PloS One, 18(7), e0287644. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0287644
El-Sayed, A. I., Ahmed-Farid, O., Radwan, A. A., Halawa, E. H., & Elokil, A. A. (2021). The capability of coenzyme Q10 to enhance heat tolerance in male rabbits: evidence from improved semen quality factor (SQF), testicular oxidative defense, and expression of testicular melatonin receptor MT1. Domestic Animal Endocrinology, 74, 106403. https://doi.org/10.1016/j.domaniend.2019.106403
El-Shobokshy, S. A., Abo-Samaha, M. I., Sahwan, F. M., El-Rheem, S. M. A., Emam, M., & Khafaga, A. F. (2023). Implication of apoptosis and oxidative stress in mitigation of ivermectin long-term hazards by zinc nanoparticles in male rabbits. Environmental Science and Pollution Research International, 30(10), 26982–26997. https://doi.org/10.1007/s11356-022-24095-1
Fan, X., Xi, H., Zhang, Z., Liang, Y., Li, Q., & He, J. (2017). Germ cell apoptosis and expression of Bcl-2 and Bax in porcine testis under normal and heat stress conditions. Acta Histochemica, 119(3), 198–204. https://doi.org/10.1016/j.acthis.2016.09.003
Faraji, T., Momeni, H. R., & Malmir, M. (2019). Protective effects of silymarin on testis histopathology, oxidative stress indicators, antioxidant defence enzymes and serum testosterone in cadmium-treated mice. Andrologia, 51(5), e13242. https://doi.org/10.1111/and.13242
González-Pérez, O., Moy-López, N. A., & Guzmán-Muñiz, J. (2008). Alpha-tocopherol and alpha-lipoic acid. An antioxidant synergy with potential for preventive medicine. Revista de Investigacion Clinica, 60(1), 58–67.
Gorąca, A., Huk-Kolega, H., Piechota, A., Kleniewska, P., Ciejka, E., & Skibska, B. (2011). Lipoic acid – iological activity and therapeutic potential. Pharmacological Reports, 63(4), 849–858. https://doi.org/10.1016/s1734-1140(11)70600-4
Gumieniczek, A., & Wilk, M. (2009). Nitrosative stress and glutathione redox system in four different tissues of alloxan-induced hyperglycemic animals. Toxicology mechanisms and methods, 19(4), 302–307. https://doi.org/10.1080/15376510902839762
Horalsky L. P. (ed.). (2015). Basics of histological technique and morphofunctional research methods in normal and pathological conditions. Zhytomyr: Polissya. 286 p.
Ismail, H. Y., Shaker, N. A., Hussein, S., Tohamy, A., Fathi, M., Rizk, H., & Wally, Y. R. (2023). Cisplatin-induced azoospermia and testicular damage ameliorated by adipose-derived mesenchymal stem cells. Biological Research, 56(1), 2. https://doi.org/10.1186/s40659-022-00410-5
Koppers, A. J., Mitchell, L. A., Wang, P., Lin, M., & Aitken, R. J. (2011). Phosphoinositide 3-kinase signalling pathway involvement in a truncated apoptotic cascade associated with motility loss and oxidative DNA damage in human spermatozoa. The Biochemical Journal, 436(3), 687–698. https://doi.org/10.1042/BJ20110114
Koshevoy, V. I., & Naumenko, S. V. (2022). Dynamics of peroxidation processes in male rabbits under experimental LPS-induced oxidative stress. Veterynarna biotekhnolohiia – Veterinary biotechnology, 41, 100–107. https://doi.org/10.31073/vet_biotech41-10
Koshevoy, V. I., Naumenko, S. V., Klochkov, V. K., & Yefimova, S. L. (2021a). The use of gadolinium orthovanadate nanoparticles for the correction of reproductive ability in boars under oxidative stress. Ukrainian Journal of Veterinary Sciences, 12(2), 74–82. https://doi.org/10.31548/ujvs.2021.02.008
Koshevoy, V., Naumenko, S., Skliarov, P., Fedorenko, S., & Kostyshyn, L. (2021b). Male infertility: Pathogenetic significance of oxidative stress and antioxidant defence (review). Scientific Horizons, 24(6), 107–116. https://www.doi.org/10.48077/scihor.24(6).2021.107-116
Koshevoy, V., Naumenko, S., Skliarov, P., Syniahovska, K., Vikulina, G., Klochkov, V., & Yefimova, S. (2022). Effect of gadolinium orthovanadate nanoparticles on male rabbits’ reproductive performance under oxidative stress. World’s Veterinary Journal, 12(3), 296–303. https://www.doi.org/10.54203/scil.2022.wvj37
Lee, S., Kang, H. G., Jeong, P. S., Kim, M. J., Park, S. H., Song, B. S., Sim, B. W., & Kim, S. U. (2021). Heat stress impairs oocyte maturation through ceramide-mediated apoptosis in pigs. The Science of the Total Environment, 755(1), 144144. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144144
Li, L., Chen, B., An, T., Zhang, H., Xia, B., Li, R., Zhu, R., Tian, Y., Wang, L., Zhao, D., Mo, F., Li, Y., Yang, G., Orekhov, A. N., Prentki, M., Zhang, D., Jiang, G., & Zhu, X. (2021). BaZiBuShen alleviates altered testicular morphology and spermatogenesis and modulates Sirt6/P53 and Sirt6/NF-κB pathways in aging mice induced by D-galactose and NaNO2. Journal of Ethnopharmacology, 271, 113810. https://doi.org/10.1016/j.jep.2021.113810
Li, X., Fang, E. F., Scheibye-Knudsen, M., Cui, H., Qiu, L., Li, J., He, Y., Huang, J., Bohr, V. A., Ng, T. B., & Guo, H. (2014a). Di-(2-ethylhexyl) phthalate inhibits DNA replication leading to hyperPARylation, SIRT1 attenuation, and mitochondrial dysfunction in the testis. Scientific Reports, 4, 6434. https://doi.org/10.1038/srep06434
Li, Y., Cao, Y., Wang, F., Pu, S., Zhang, Y., & Li, C. (2014b). Tert-butylhydroquinone attenuates scrotal heat-induced damage by regulating Nrf2-antioxidant system in the mouse testis. General and Comparative Endocrinology, 208, 12–20. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2014.09.007
Liu, F., Zhao, W., Le, H. H., Cottrell, J. J., Green, M. P., Leury, B. J., Dunshea, F. R., & Bell, A. W. (2022). Review: What have we learned about the effects of heat stress on the pig industry? Animal, 1(2), 100349. https://doi.org/10.1016/j.animal.2021.100349
Machado, N. A. F., Martin, J. E., Barbosa-Filho, J. A. D., Dias, C. T. S., Pinheiro, D. G., de Oliveira, K. P. L., & Souza-Junior, J. B. F. (2021). Identification of trailer heat zones and associated heat stress in weaner pigs transported by road in tropical climates. Journal of Thermal Biology, 97, 102882. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2021.102882
Maremanda, K. P., Khan, S., & Jena, G. B. (2016). Role of zinc supplementation in testicular and epididymal damages in diabetic rat: involvement of Nrf2, SOD1, and GPX5. Biological Trace Element Research, 173(2), 452–464. https://doi.org/10.1007/s12011-016-0674-7
Martín-Hidalgo, D., Macías-García, B., García-Marín, L. J., Bragado, M. J., & González-Fernández, L. (2020). Boar spermatozoa proteomic profile varies in sperm collected during the summer and winter. Animal Reproduction Science, 219, 106513. https://doi.org/10.1016/j.anireprosci.2020.106513
Mayorga, E. J., Renaudeau, D., Ramirez, B. C., Ross, J. W., & Baumgard, L. H. (2018). Heat stress adaptations in pigs. Animal Frontiers, 9(1), 54–61. https://doi.org/10.1093/af/vfy035
Mir, S. H., & Darzi, M. M. (2009). Histopathological abnormalities of prolonged alloxan-induced diabetes mellitus in rabbits. International Journal of Experimental Pathology, 90(1), 66–73. https://doi.org/10.1111/j.1365-2613.2008.00615.x
Mohasseb, M., Ebied, S., Yehia, M. A., & Hussein, N. (2011). Testicular oxidative damage and role of combined antioxidant supplementation in experimental diabetic rats. Journal of Physiology and Biochemistry, 67(2), 185–194. https://doi.org/10.1007/s13105-010-0062-2
Naumenko, S. V., Koshevoi, V. I., Skliarov, P.M., Klochkov, V. K., & Yefimova, S. L. (2021). Effectiveness of using the complex drug “Karafand+OV,Zn” to increase the reproductive capacity of males of domestic animals. Journal for Veterinary medicine, Biotechnology and Biosafety, 7(4), 3–7. https://doi.org/10.36016/JVMBBS-2021-7-4-1
Naumenko, S., Koshevoy, V., Matsenko, O., Miroshnikova, O., Zhukova, I., & Bespalova, I. (2023). Antioxidant properties and toxic risks of using metal nanoparticles on health and productivity in poultry. Journal of World`s Poultry Research, 13(3), 292–306. https://www.doi.org/10.36380/jwpr.2023.32
Othman, A. I., Edrees, G. M., El-Missiry, M. A., Ali, D. A., Aboel-Nour, M., & Dabdoub, B. R. (2016). Melatonin controlled apoptosis and protected the testes and sperm quality against bisphenol A-induced oxidative toxicity. Toxicology and Industrial Health, 32(9), 1537–1549. https://doi.org/10.1177/0748233714561286
Paoli, D., Gallo, M., Rizzo, F., Baldi, E., Francavilla, S., Lenzi, A., Lombardo, F., & Gandini, L. (2011). Mitochondrial membrane potential profile and its correlation with increasing sperm motility. Fertility and Sterility, 95(7), 2315–2319. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2011.03.059
Peña, S. T., Jr, Stone, F., Gummow, B., Parker, A. J., & Paris, D. B. B. P. (2021). Susceptibility of boar spermatozoa to heat stress using in vivo and in vitro experimental models. Tropical Animal Health and Production, 53(1), 97. https://doi.org/10.1007/s11250-020-02516-y
Ranjbar, A., Satari, M., Mohseni, R., Tavilani, A., & Ghasemi, H. (2022). Chlorella vulgaris ameliorates testicular toxicity induced by carbon tetrachloride in male rats via modulating oxidative stress. Andrologia, 54(9), e14495. https://doi.org/10.1111/and.14495
Roths, M., Freestone, A. D., Rudolph, T. E., Michael, A., Baumgard, L. H., & Selsby, J. T. (2023). Environment-induced heat stress causes structural and biochemical changes in the heart. Journal of Thermal Biology, 113, 103492. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2023.103492
Roy, V. K., Chenkual, L., & Gurusubramanian, G. (2015). Protection of testis through antioxidant action of Mallotus roxburghianus in alloxan-induced diabetic rat model. Journal of Ethnopharmacology, 176, 268–280. https://doi.org/10.1016/j.jep.2015.11.006
Sangodele, J. O., Inuwa, Z., Lawal, B., Adebayo-Gege, G., Okoli, B. J., & Mtunzi, F. (2021). Proxeed plus salvage rat testis from ischemia- reperfused injury by enhancing antioxidant's activities and inhibition of iNOS expression. Biomedicine & Pharmacotherapy, 133, 111086. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2020.111086
Shi, L., Zhao, H., Ren, Y., Yao, X., Song, R., & Yue, W. (2014). Effects of different levels of dietary selenium on the proliferation of spermatogonial stem cells and antioxidant status in testis of roosters. Animal Reproduction Science, 149(3-4), 266–272. https://doi.org/10.1016/j.anireprosci.2014.07.011
Shrilatha, B., & Muralidhara (2007). Occurrence of oxidative impairments, response of antioxidant defences and associated biochemical perturbations in male reproductive milieu in the Streptozotocin-diabetic rat. International Journal of Andrology, 30(6), 508–518. https://doi.org/10.1111/j.1365-2605.2007.00748.x
Singh, S., & Singh, S. K. (2019). Chronic exposure to perfluorononanoic acid impairs spermatogenesis, steroidogenesis and fertility in male mice. Journal of Applied Toxicology, 39(3), 420–431. https://doi.org/10.1002/jat.3733
Soudamani, S., Malini, T., & Balasubramanian, K. (2005). Effects of streptozotocin-diabetes and insulin replacement on the epididymis of prepubertal rats: histological and histomorphometric studies. Endocrine Research, 31(2), 81–98. https://doi.org/10.1080/07435800500229193
Sozen, E., Demirel-Yalciner, T., Koroglu, M. K., Elmas, M. A., Ercan, F., & Ozer, N. K. (2022). High cholesterol diet activates ER stress mediated apoptosis in testes tissue: Role of α-tocopherol. IUBMB Life, 74(1), 85–92. https://doi.org/10.1002/iub.2535
Sui, H., Wang, S., Liu, G., Meng, F., Cao, Z., & Zhang, Y. (2022). Effects of Heat Stress on Motion Characteristics and Metabolomic Profiles of Boar Spermatozoa. Genes, 13(9), 1647. https://doi.org/10.3390/genes13091647
Tajaddini, S., Ebrahimi, S., Behnam, B., Bakhtiyari, M., Joghataei, M. T., Abbasi, M., Amini, M., Amanpour, S., & Koruji, M. (2014). Antioxidant effect of manganese on the testis structure and sperm parameters of formalin-treated mice. Andrologia, 46(3), 246–253. https://doi.org/10.1111/and.12069
Turner, T. T., & Lysiak, J. J. (2008). Oxidative stress: a common factor in testicular dysfunction. Journal of Andrology, 29(5), 488–498. https://doi.org/10.2164/jandrol.108.005132
Usala, M., Macciotta, N. P. P., Bergamaschi, M., Maltecca, C., Fix, J., Schwab, C., Shull, C., & Tiezzi, F. (2021). Genetic Parameters for Tolerance to Heat Stress in Crossbred Swine Carcass Traits. Frontiers in Genetics, 11, 612815. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.612815
Venkatesh, S., Shamsi, M. B., Deka, D., Saxena, V., Kumar, R., & Dada, R. (2011). Clinical implications of oxidative stress & sperm DNA damage in normozoospermic infertile men. The Indian Journal of Medical Research, 134(3), 396–398.
Wang, Y., Zhao, T. T., Zhao, H. Y., & Wang, H. (2018). Melatonin protects methotrexate-induced testicular injury in rats. European Review for Medical and Pharmacological Sciences, 22(21), 7517–7525. https://doi.org/10.26355/eurrev_201811_16293
Xia, B., Wu, W., Fang, W., Wen, X., Xie, J., & Zhang, H. (2022). Heat stress-induced mucosal barrier dysfunction is potentially associated with gut microbiota dysbiosis in pigs. Animal Nutrition, 8(1), 289–299. https://doi.org/10.1016/j.aninu.2021.05.012
Xu, Y., Lei, H., Guan, R., Gao, Z., Li, H., Wang, L., Song, W., Gao, B., & Xin, Z. (2014). Studies on the mechanism of testicular dysfunction in the early stage of a streptozotocin induced diabetic rat model. Biochemical and Biophysical Research Communications, 450(1), 87–92. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.05.067
Zhang, S. X., Wang, D. L., Qi, J. J., Yang, Y. W., Sun, H., Sun, B. X., & Liang, S. (2024). Chlorogenic acid ameliorates the heat stress-induced impairment of porcine Sertoli cells by suppressing oxidative stress and apoptosis. Theriogenology, 214, 148–156. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2023.10.018
Zhang, Y., Zhao, Q., Wu, D., & Lan, H. (2022). The effect of heat stress on the cellular behavior, intracellular signaling profile of porcine growth hormone (pGH) in swine testicular cells. Cell Stress & Chaperones, 27(3), 285–293. https://doi.org/10.1007/s12192-022-01270-4
Zhang, Z., Zhang, Z., Liu, S., Wei, S., Wei, L., Zhu, X., Ding, K., & Liu, Y. (2024b). Protective effect of selenomethionine on rabbit testicular injury induced by Aflatoxin B1. The Science of the Total Environment, 927, 171973. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171973
Переглядів анотації: 1 Завантажень PDF: 1
