Experimental evaluation of the chronic oral effects of unsymmetrical dimethylhydrazine on male sexual function

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. In preventive toxicology, the problem of the possible development of long-term effects in humans upon contact with various chemicals is one of the most significant. Since male personnel is predominantly involved in the production, storage and use of chemicals of varying degrees of toxicity, special attention should be paid to studying the effect of these compounds on male sexual function when developing measures to prevent long-term consequences. However, the gonadotoxic properties of unsymmetrical dimethylhydrazine (a component of rocket fuel) have not been studied in detail in the context of its long-term oral exposure.

The aim of the study was to experimentally evaluate the effects of chronic intragastric exposure of unsymmetrical dimethylhydrazine on male reproductive function with the establishment of threshold and maximum inactive doses.

Material and methods. The object of the study was unsymmetrical dimethylhydrazine (heptyl, 1,1-dimethylhydrazine (CH3)2N2H2, CAS No. 57-14-7) with a mass fraction of 99% and a specific density of d4²⁰ = 0.7914 g/cm³. Heptyl in the form of aqueous solutions was orally administered daily for six months to male rats of three experimental groups (10 rats per group) in the following doses: 4·10–⁴ mg/kg – 1st experimental group; 8·10–⁵ mg/kg – 2nd experimental group and 1.5·10–⁵ mg/kg – 3rd experimental group. After the specified period, the spermogram, spermatogenesis and reproductive capacity of the males in each group were evaluated and fetal material was analyzed for the presence of developmental abnormalities.

Results. It was found that chronic intragastric administration of heptyl to white non-linear rats at the specified doses did not reduce the male rats’ ability to mate and fertilize, did not affect the spermogram parameters, and did not cause any teratogenic effects in the offspring. However, long-term exposure to the compound at the maximum dose significantly reduced the number of spermatogonia and the number of layers of spermatogenic epithelium in the testes of the experimental rats. Additionally, the offspring of the male rats in this group showed signs of embryotoxicity, which manifested as a decrease in cranio-caudal size.

Limitations. The experimental study of chronic oral exposure of heptyl on male reproductive function does not provide an assessment of other long-term effects.

Conclusion. Based on the complex of changes detected, the threshold dose of chronic intragastric exposure to unsymmetrical dimethylhydrazine on the reproductive function of male rats was recognized as 4.0·10-⁴ mg/kg, and the maximum inactive dose – 8.0·10-⁵ mg/kg. The identified features of the negative impact of unsymmetrical dimethylhydrazine were taken into account when justifying its MPC in water bodies.

Compliance with ethical standards. The experimental study was approved by the Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology» of the FMBA of Russia (Protocol No. 5 of December 10, 2024) and conducted in accordance with the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and other Scientific Purposes (ETS No. 123), Directive of the European Parliament and of the Council of the European Union 2010/63/ EU of 22.09.2010 On the Protection of Animals Used for Scientific Purposes.

Authors’ contribution.
Maslennikov A.A. – study concept and design, analysis of the results, text writing;
Shateeva A.V. – research planning and execution;
Novikova O.N. – editing.
All co-authors – approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article.

Conflict of interest. The authors declare that there are no obvious and potential conflicts of interest in connection with the publication of this article.

Funding. The study was conducted within the framework of the state program of the Russian Federation «Scientific and Technological Development of the Russian Federation».

Received: March 3, 2026 / Revised: May 4, 2026 /Accepted: June 1, 2026 / Published: June 30, 2026

Full Text

Введение

В профилактической токсикологии проблема возможного развития отдалённых эффектов у человека при контакте с различными химическими веществами является одной из наиболее значимых [1–3]. Среди разнообразных видов отдалённых последствий ведущее место занимает нарушение репродуктивной функции, влияющее как на состояние здоровья контактирующих, так и на воспроизводимость и полноценность потомства, что влечёт за собой серьёзные социальные и экономические последствия [4]. Поскольку в производстве, хранении и применении химических веществ разной степени токсичности заняты преимущественно мужчины, при разработке мер профилактики отдалённых последствий основное внимание следует уделять изучению влияния этих соединений на мужскую половую функцию [5– 9].

В то же время вопрос о рассматриваемом виде гонадотоксических свойств несимметричного диметилгидразина (компонента ракетных топлив) в условиях его длительного перорального поступления в организм практически не изучен. В связи с этим цель работы заключалась в экспериментальной оценке особенностей хронического внутрижелудочного воздействия несимметричного диметилгидразина (НДМГ) на мужскую репродуктивную функцию с установлением пороговой и максимальной недействующей доз.

Материал и методы

В качестве объекта настоящего исследования использован несимметричный диметилгидразин (гептил, 1,1-диметилгидразин (CH3)2N2H2, САS № 57-14-7) с массовой долей 99% и удельной плотностью d4²⁰ = 0,7914 г/см³. Данное соединение представляет собой бесцветную или слегка желтоватую жидкость с резким сильно раздражающим аммиачным запахом. Гептил хорошо растворяется в воде [10].

При выборе уровней воздействия НДМГ принимали во внимание результаты ранее выполненных исследований по установлению порога хронического общетоксического действия [11]. Основываясь на этих данных при постановке опыта тестируемое соединение ежедневно в течение шести месяцев вводили самцам крыс трёх опытных групп в следующих дозах: 4 · 10−⁴ мг/кг – 1-я опытная группа; 8 · 10−⁵ мг/кг – 2-я опытная группа и 1,5 · 10−⁵ мг/кг – 3-я опытная группа

В эксперименте использовали 40 белых нелинейных самцов крыс (по 10 особей в трёх опытных и контрольной группах) и 45 самок (11–12 животных в каждой группе). Оценку состояния генеративной функции самцов каждой группы проводили с применением комплекса общепринятых методов¹,² по окончании указанного периода воздействия НДМГ.

Содержание, питание, уход за животными и их умерщвление осуществляли согласно требованиям профильного ГОСТ 33215–2014 и принципам гуманного обращения с экспериментальными грызунами³.

В ходе эксперимента самцов еженедельно взвешивали для учёта прироста массы тела и соответствующей корректировки вводимых объёмов растворов ксенобиотика. Водные растворы токсиканта готовили ежедневно непосредственно перед введением подопытным особям в желудок при помощи зонда из расчёта 1 мл на 100 г массы тела. Особи контрольной группы получали равные объёмы дистиллированной воды.

Схема обследования животных сводилась к следующему. За пять дней до окончания периода поступления токсиканта с целью определения способности к спариванию (интегральная характеристика половой активности) и полноценному оплодотворению самцов всех групп индивидуально подсаживали к интактным самкам, находившимся в фазе эструса, в соотношении 1 : 2. О результатах спаривания судили по наличию сперматозоидов в вагинальных мазках самок. Замену самок проводили ежедневно до полной комплектации необходимых статистических групп. На 21-й день установленного срока беременности самок умерщвляли дислокацией шейных позвонков, вскрывали брюшину, извлекали плоды для дальнейшего исследования.

Микроанатомическое исследование плодов по модифицированным методикам Даусона и Вильсона проводили для диагностики аномалий развития внутренних органов и костной системы (наличие тератогенного эффекта⁴ [12, 13].

Самцов по завершении периода спаривания подвергали эвтаназии методом декапитации, извлекали семенники с хвостовой частью придатков для последующего анализа функционального состояния сперматозоидов (осмотическая и кислотная резистентность, время подвижности, количество активных форм и общее количество гамет) и морфоструктур их гонад (наличие атрофий и слущиваний сперматогенного эпителия, индекс сперматогенеза, количество сперматогоний и канальцев с 12-й стадией мейоза)².

Полученные результаты экспериментов в зависимости от вида эмпирического распределения анализируемых показателей обрабатывали с применением параметрических и непараметрических статистических методов. Для обработки градированных признаков с непрерывным распределением применяли пакет Primer of Biostatistics 7.0 с использованием t-критерия Стьюдента (различия считали достоверными при p ≤ 0,05). Анализ показателей, имеющих дискретное распределение и оцениваемых в альтернативной форме (индексы оплодотворения, частота аномалий развития), проводили с помощью критерия j углового преобразования Фишера [14].

Результаты

Установлено, что все самцы как опытных, так и контрольной групп проявили способность к спариванию с интактными самками. Кроме того, проходившее во всех группах практически в равные сроки формирование групп условно оплодотворённых животных свидетельствует об отсутствии нарушений со стороны половой активности подопытных крыс. Не отмечено статистически значимых межгрупповых различий при расчёте индексов оплодотворения. Последующая оценка средней численности плодов, приходящихся на одну самку, их массы не выявила видимых отличий оцениваемых показателей от аналогичных значений в контроле. Однако при определении длины плодов в первой опытной группе зарегистрировано достоверное снижение данного показателя (табл. 1).

Дальнейшее исследование плодного материала на наличие тератогенного эффекта, проведённое по методу Вильсона, позволило установить, что и в опытных, и в контрольной группах присутствовали немногочисленные отклонения в развитии отдельных плодов. Тем не менее статистически значимых межгрупповых отличий не зафиксировано, что характеризует выявленные сдвиги как спонтанные. Кроме того, макроскопическое исследование просветлённых плодов по методу Даусона не выявило нарушений процессов остеогенеза. Анализ спермограммы подопытных животных позволил установить, что хроническое воздействие НДМГ не оказывало токсического влияния на функциональную активность зрелых гамет. Об этом свидетельствуют достаточно ровные показатели осмотической и кислотной резистентности половых клеток в группах (табл. 2).

Также при определении численности подвижных форм сперматозоидов, времени активной подвижности, общего их количества у подопытных крыс не обнаружено существенных отклонений значений указанных показателей от контроля. Визуальная оценка состояния семенников подопытных особей показала отсутствие каких-либо изменений. Последующий расчёт относительной массы не выявил значимых межгрупповых различий данного показателя (см. табл. 2).

Изучение сперматогенеза крыс всех групп не выявило массовых атрофий и слущивания семяродного эпителия в семенных канальцах. Тем не менее при подсчёте количества сперматогоний у самцов, получавших соединение в наивысшей дозе, зафиксировано статистически значимое уменьшение сперматогоний по сравнению с контролем. Кроме того, у особей данной группы выявлено достоверное снижение индекса сперматогенеза (см. табл. 2).

Обсуждение

Обобщённая оценка полученных данных показала, что шестимесячное пероральное поступление НДМГ в дозах 4,0 · 10−⁴; 8,0 · 10−⁵ и 1,5 · 10−⁵ мг/кг не снижало способности самцов к спариванию и оплодотворению, не влияло на показатели спермограммы и не обнаруживало у потомства тератогенного эффекта.

В то же время длительное воздействие соединения в максимальной дозе способствовало существенному снижению количества сперматогоний в семенниках подопытных крыс и достоверному уменьшению числа слоёв сперматогенного эпителия. Также у потомства самцов данной группы выявлено проявление эмбриотоксичности, реализованное в значимом снижении их краниокаудального размера.

Анализ возможных причин установленных нарушений позволяет рассматривать в качестве наиболее очевидной ранее обнаруженную способность НДМГ преодолевать гематотестикулярный барьер и проникать в эпителиальные канальцы гонад лабораторных животных [15, 16]. При этом следует отметить, что тестируемое соединение оказывало как прямое токсическое воздействие на развивающиеся половые клетки, сопровождавшееся последующим изменением числа слоёв сперматогенного эпителия, так и опосредованное негативное влияние на генетический аппарат гамет, что реализовалось в присущей данному соединению особенности нарушать нормальное развитие потомства, находящегося на антенатальной стадии развития [17, 18].

Ограничения исследования. Экспериментальное исследование хронического перорального воздействия гептила на мужскую репродуктивную функцию не предусматривает оценки других отдалённых последствий.

Заключение

На основании комплекса обнаруженных изменений пороговой дозой хронического внутрижелудочного воздействия несимметричного диметилгидразина на репродуктивную функцию самцов крыс признана величина, равная 4,0 · 10−⁴ мг/кг, а максимальной недействующей – 8,0 · 10−⁵ мг/кг.

Выявленные особенности негативного влияния несимметричного диметилгидразина учтены при обосновании его ПДК в воде водоёмов.

¹ Методы экспериментального исследования по установлению порогов действия промышленных ядов на генеративную функцию с целью гигиенического нормирования: метод. рекомендации. М-во здравоохранения СССР, Гл. сан.-эпидемиол. упр. [Сост. д. м. н., проф. И.В. Саноцкий, к.м.н. В.Н. Фоменко, к. т. н. Л.С. Сальникова и др.]. Москва: МЗ СССР, 1978. 35 с.

² Методические указания по изучению гонадотоксического действия химических веществ при гигиеническом нормировании в воде водоемов : утв. и введ. в действие 5 ноября 1981 г. начальником санитарно-эпидемиологического управления Минздрава СССР В.Е. Ковшило. под ред. Г.Н. Красовского. М. : МЗ СССР, 1981. 23 с.

³ ГОСТ 33044–2014. Принципы надлежащей лабораторной практики. М.: Стандартинформ, 2014.

⁴ Методические указания по изучению эмбриотоксического действия фармакологических веществ и влияния их на репродуктивную функцию : утв. и введ. в действие 14 марта 1986 г. А.П. Дыбан, Н.М. Смольникова, А.М. Торчинский [и др.]. М. : МЗ СССР, 1986. 24

×

About the authors

Alexander A. Maslennikov

Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology of the FMBA of Russia; Volgograd State University

Author for correspondence.
Email: maslennikov@rihtop.ru
Doctor of Biological Sciences, Head of the Laboratory of Environmental Toxicology, Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology of the FMBA of Russia, Volgograd, 400048, Russian Federatione-mail: maslennikov@rihtop.ru Russian Federation

Anfisa V. Shateeva

Volgograd State University

Email: maslennikov@rihtop.ru
Postgraduate student at the Department of Biology and Bioengineering at the Institute of Natural Sciences, Volgograd State University, Volgograd, 400048, Russian Federatione-mail: maslennikov@rihtop.ru Russian Federation

Olga N. Novikova

Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology of the FMBA of Russia

Email: novikova@rihtop.ru
Candidate of Medical Sciences, Deputy Director for Scientific Work, Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology of the FMBA of Russia, Volgograd, 400048, Russian Federatione-mail: novikova@rihtop.ru Russian Federation

References

  1. Fesenko M.A. The study of the long-term effects of industrial substances by toxicologists of the I.V. Sanotsky school. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2022; 62(11): 711–7. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2022-62-11-711-717 https://elibrary.ru/symqfh (in Russian)
  2. Fauser B.C.J.M., Adamson G.D., Boivin Ja., Chambers G.M., de Geyter Ch., Dyer S., et al. Declining global fertility rates and the implications for family planning and family building: an IFFS consensus document based on a narrative review of the literature. Hum. Reprod. Update. 2024; 30(2): 153–73. https://doi.org/10.1093/humupd/dmad028 https://elibrary.ru/asvfbp
  3. WHO. World health statistics 2023: monitoring health for the SDGs, sustainable development goals; 2023. Available at: https://who.int/publications/i/item/9789240074323?ysclid=mn32tz9jq8800935193
  4. Vorobyeva A.A., Ustinova O.Yu., Vlasova E.M., Leshkova I.V., Gorbushina O.Yu. The role of occupational hazards in the development of reproductive disorders in chemical industry workers. Profilakticheskaya meditsina. 2021; 24(10): 99–105. https://doi.org/10.17116/profmed20212410199 https://elibrary.ru/qclhhz (in Russian)
  5. Fesenko M.A., Golovaneva G.V., Miteleva T.Yu. Reproductive disorders in male workers under the influence of a chemical production factor. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2024; 64(8): 531–41. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2024-64-8-531-541 https://elibrary.ru/jtvgmz (in Russian)
  6. Mahboob S.Z., Jahan S., Badshah H., Virk R., David M., Bano R., et al. Reproductive toxicity in male rats induced by chronic arsenic exposure involves hormonal and structural changes. Sci. Rep. 2025; 15(1): 29037. https://doi.org/10.1038/s41598-025-14929-6 https://elibrary.ru/qcpolq
  7. Sciorio R., Greco P.F., Greco E., Tramontano L., Elshaer F.M., Fleming S. Potential effects of environmental toxicants on sperm quality and potential risk for fertility in humans. Front. Endocrinol. (Lausanne). 2025; 16: 1545593. https://doi.org/10.3389/fendo.2025.1545593 https://elibrary.ru/wjpsoa
  8. Eisenberg M.L., Esteves S.C., Lamb D.J., Hotaling J.M., Giwercman A., Hwang K., et al. Male infertility. Nat. Rev. Dis. Primers. 2023; 9(1): 49. https://doi.org/10.1038/s41572-023-00459-w https://elibrary.ru/pwstst
  9. Filatov B.N., Maslennikov A.A. Selective gonadotoxicity of zoman. Toksikologicheskii vestnik. 2004; 12(5): 23–8. (in Russian)
  10. Uiba V.V., Kotenko K.V., Kushneva V.S., eds. Harmful Chemicals in the Rocket and Space Industry [Vrednye khimicheskie veshchestva v raketno-kosmicheskoi otrasli: Spravochnik]. Moscow; 2011. (in Russian)
  11. Maslennikov A.A., Khodykina N.V., Grishina M.A., Velikorodnaya Yu.I., Filatov B.N., Antonov V.A. Experimental risk assessment of chronic oral exposure to unsymmetrical dimethylhydrazine. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2022; 101(2): 231–6. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-2-231-236 https://elibrary.ru/ohxjgg (in Russian)
  12. Dyban A.P., Baranov V.S., Akimova I.M. Basic methodological approaches to testing the teratogenic activity of chemicals. Arkhiv anatomii, gistologii i embriologii. 1970; 59(10): 89–100. (in Russian)
  13. Dawson A.B. A note on the staining of the skeleton of cleared specimens with alizarin red S. Stain Technol. 1926; 1(4): 123–4. https://doi.org/10.3109/10520292609115636
  14. Glantz S.A. Primer of Biostatistics [Medikobiologicheskaya statistika]. Moscow: Praktika; 1998
  15. Hu C., Zhang Y., Zhou Y., Liu Z.F., Feng X.S. Unsymmetrical dimethylhydrazine and related compounds in the environment: Recent updates on pretreatment, analysis, and removal techniques. J. Hazard. Mater. 2022; 432: 128708. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128708 https://elibrary.ru/ffzzyt
  16. Lovinskaya A.V., Kolumbayeva S.Zh., Abilev S.K., Kolomiets O.L. Immunocytochemical analysis of the disturbances in the structure of synaptonemal complexes in spermatocyte nuclei in mice under exposure to rocket fuel component. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; 95(3): 293–6. https://elibrary.ru/vtnphj (in Russian)
  17. Du J., Ren X., Zeng Y., Zhang L., Shi J., Yang S. Comprehensive analysis of unsymmetrical dimethylhydrazine: adsorption behavior, environmental fate, and toxicity across contrasting soil matrices. Toxics. 2025; 13(10): 859. https://doi.org/10.3390/toxics13100859 https://elibrary.ru/ioxxhm
  18. Suvorova M., Sailaubekova P., Biyasheva Z., Zharkova I., Abdullayeva B. Unsymmetrical dimethylhydrazine (UDMH) exposure to zebrafish embryos causes lethal and severe teratogenic effects. BIO Web Conf. 2024; 100: 04037. https://doi.org/10.1051/bioconf/202410004037 https://elibrary.ru/fhrzsy

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2026 Maslennikov A.A., Shateeva A.V., Novikova O.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 81728 от 11 декабря 2013.