CC BY
10УДК 616.233-003.7:616-057:636.5/.6
В.Г. Артамонова, Э.И. Баянов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ БРОНХОЛЕГОЧНОЙ ПАТОЛОГИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПЫЛИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
ГОУ ВПО Санкт-Петербургская государственная медицинская академия им. И.И. Мечникова Росздрава
Приведены результаты экспериментального исследования бронхолегочной системы при действии биологической пыли. Выявлены некоторые особенности патогенетических механизмов формирования бронхолегочной патологии при действии биологической пыли.
Ключевые слова: профессиональные заболевания, птицеводы, биологическая пыль, брон-холегочная система.
V.G. Artamonova, E.I. Bayanov. Experimental model of broncho-pulmonary diseases formation under exposure to dust of biologic origin. The article covers results of experimental study of bronchopulmonary system under exposure to biologic dust. The authors revealed some features of pathogenetic mechanisms underlying formation of broncho-pulmonary diseases under exposure to biologic dust.
Key words: occupational diseases, poultry farmers, biologic dust, broncho-pulmonary system
Проведение комплексных гигиенических, функциональных, клинических, иммунобиохи-мических исследований позволило установить, что значительную роль в развитии патологии органов дыхания играют неблагоприятные факторы производственной среды у птицеводов, такие как пыль органического и неорганического характера. Одним из основных компонентов этой пыли является органическая пыль смешанного состава, содержащая продукты жизнедеятельности животных, комбикорм и растительные волокна, биологически активные добавки и отдельные химические соединения.
В зависимости от характера биотехнологического процесса на работающих оказывает влияние пыль, содержащая до 6 % клетчатки, 70 % сырого протеина и 10 % экстрагируемых эфиром веществ (перья, пух, грибы, микробы). Динамическое наблюдение, проводимое нами, доказало, что длительное воздействие органической пыли приводит к существенным изменениям иммунологической реактивности организма, а именно к развитию различных аллергических заболеваний органов дыхания. Были установлены закономерности развития патологии на фоне нарушения иммунной системы и системы оксидант-антиоксидантной. В то же время обоснование патогенетических механизмов развития заболеваний органов дыхания у птицеводов раскрыто недостаточно. В связи с этим были проведены экспериментальные исследования по выяснению, как возможных пусковых механизмов развития патологии, так и генеза заболевания при действии смешанной пыли на организм животных.
М а т е р и а л ы и м е т о д и к и. Исследования проведены на 60 беспородных крысах-самцах массой 250 — 280 г, содержащихся в соответствии с правилами Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и научных целей (Страсбург, 1986 г.). Опытные животные содержались в стандартных условиях вивария при естественном освещении и свободном доступе к пище и воде.
Проведено 3 серии эксперимента на 20 крысах в каждой серии.
В опытах проводилось изучение 3 серий эксперимента:
— 1-я серия (контрольная) — интратра-хеальное введение в течение 30 дней 0,9 % стерильного раствора хлорида натрия;
— 2-я серия — интратрахеальное введение в течение 30 дней суспензии сырого протеина, приготовленной на растворе хлорида натрия из расчета 50 мг на 1 кг веса животного;
— 3-я серия — интратрахеальное введение в течение 30 дней смешанной пыли из суспензии комбикорма и протеина, приготовленной также на 0,9 % растворе хлорида натрия из расчета 50 мг на 1 кг веса животного.
Животные забивались путем декапитации на 21-е сутки — по 10 животных 1-й и 2-й серии; через 2 месяца — по 10 животных 1-, 2- и 3-й серии; через 3 месяца — остальные 10 животных из 3-й серии.
Для гистоморфологического исследования брались трахея, бронхи, легкие, паратрахеальные узлы, которые осматривались, затем взвешива-
лись для сопоставления весовых показателей. В дальнейшем органы фиксировались в 12 % нейтральном формалине и после соответствующей проводки окрашивались гематоксилином-эозином, пикрофуксином по методу Ван-Гиноза, резорцин-фуксином Вейгерта, галлоцианином по Эйнарсону. В качестве критериев фиброген-ного действия использованы были вес легких и паратрахеальные лимфатические узлы, макро- и микроскопическая картина легких и паратрахе-альных узлов. Всего изготовлено 682 препарата. Изучение и фотосъемка препаратов проводились на светооптическом микроскопе «МБ-6». По окончании опыта у лабораторных животных бралась кровь для аллерготестирования в реакциях РТМЛ (реакция торможения миграции лейкоцитов) и РСПБ (реакция специфического повреждения базофилов).
Р е з у л ь т а т ы и и х о б с у ж д е н и е. На 21-е сутки после интратрахеального введения в бронхолегочный аппарат суспензии сырого протеина (2-я серия) начальной реакцией являлась пролиферация макрофагов, отмечались эмфизематозные изменения.
В мелких бронхах определялся неравномерный просвет, отмечалась гиперсекреция бронхиальных желез и десквамация эпителия бронхов. В просвете бронхов наблюдалось скопление слизи.
В стенках бронхов лабораторных животных с 21-дневной экспозицией после интратрахеаль-ного введения в бронхолегочный аппарат сырого протеина отмечалась выраженная диффузная лимфоидная инфильтрация.
Таким образом, при анализе морфологического материала по группе лабораторных животных с 21-дневной временной экспозицией после интратрахеального введения в бронхолегочный аппарат суспензии сырого протеина (2-я серия) отмечалась активная структурная перестройка дыхательной системы, характеризующаяся сочетанием признаков повреждения легочных элементов с параллельной стимуляцией адаптационно-компенсаторных механизмов, направленных на поддержание гомеостатических функций в ответ на внедрение биологического агента.
Одной из первичных реакций на введение сырого протеина являлась активация альвеолярных макрофагов в виде усиления их фагоцитарной и оксидативной активности. Активированные альвеолярные макрофаги секретируют оксиданты. Оксиданты усиливают секрецию слизи бронхиальных желез, ухудшают функцию реснитчатого эпителия бронхов; снижают активность Р-адренорецепторов, стимулируют синтез тром-боксанов и лейкотриенов, что ведет к повыше-
нию содержания в легких веществ, обладающих вазоактивным и прокоагуляционным действием.
Комбинация патогенного действия суспензии сырого протеина и оксидантов усиливает разрушение реснитчатого эпителия слизистой бронхов, в результате развивается первоначально гнездный вспомогательный процесс слизистой бронхов — эндобронхит, который постепенно становится диффузным, что подтверждается гистологическим изучением препаратов трахеи, в котором отмечена неравномерная толщина ее слизистой с участками многорядной метаплазии эпителия на фоне признаков гиперсекреции, очаговой десквамации и воспаления.
Разрушенные в результате незавершенного фагоцитоза альвеолярные макрофаги и нейтро-филы являются основным источником протео-литических ферментов. Их избыток нарушает протеазно-ингибиторный баланс, что приводит к деструкции межальвеолярных перегородок и разрушению эластического каркаса легких, а следовательно к механизму формирования цен-трационарной эмфиземы.
У части (10 крыс) 2-й серии после 2-месячной интратрахеальной затравки суспензии сырого протеина выявлялся мелкоочаговый интерстеци-альный склероз межальвеолярных перегородок. Отчетливо выявлялся субэпителиальный склероз слизистой оболочки бронхов с диффузной и очаговой лимфоидной инфильтрацией стенки бронхов с многорядной метаплазией.
В мелких бронхах экспериментальных животных 2-й серии после 2 месяцев интратрахеальной затравки суспензии протеина обнаруживаются макрофагальные пролифераты в межальвеолярных перегородках. Наблюдается деформация и сужение мелких бронхов с выраженным отеком и воспалительным инфильтратом слизистой, а также увеличением бокаловидных клеток. Количество бокаловидных клеток возрастает и явно преобладает над количеством реснитчатых.
Таким образом, анализ результатов гистологических препаратов лабораторных животных 2-й серии в конце второго месяца интратрахеальной затравки суспензии сырого протеина позволяет заключить, что фактически выявляется гистологическая картина катарального бронхита с характерным увеличением продукции слизи и с нарушением ее вязкости. Наличие слизепро-дуцирующих клеток на поверхности слизистой может быть следствием галокринового типа секреции. В собственном слое слизистой отмечается мукоидизация и выраженная лимфоидная инфильтрация. Лимфоидно-плазмоцитарная инфильтрация при слабой степени склероза можно
рассматривать как реакцию бронхолегочной системы на антигенное воздействие.
Дисбаланс фазы золя и геля в слизистом покрове мерцательного эпителия нарушает правильную динамику ресничек и препятствует самоочищению слизистой.
К концу 2-го месяца после интратрахеального введения суспензии сырого протеина (2-я серия) усиливается патогенное влияние пыли на высоко-дифференцированный эпителий слизистой бронхов, что приводит к гибели реснитчатых клеток и развитию дистрофических процессов в эпителии слизистой бронхов.
В результате на слизистой оболочке бронхов образуются участки, свободные от погибшего мерцательного эпителия. В этих местах функция мукоцилиарного эскалатора «прерывается». При этом воспалительный отек, гипертрофия слизистых желез, вязкий секрет, повышение тонуса бронхиальных мышц, их сенсибилизация к бронхоспастическим реакциям, гибель реснитчатых клеток— в своей совокупности нарушают дренажную функцию бронхов и являются факторами лабильной обструкции. В результате к концу 2-го месяца интратрахеального введения сырого протеина начинается формирование об-структивного бронхита с бронхоспастическим компонентом.
У белых крыс из экспериментальной группы (3-я серия), умерщвленных через 2 месяца после интратрахеального введения смешанной пыли из суспензии сырого протеина и комбикорма, в сосудистом отделе бронхопульмонального аппарата определялось умеренное полнокровие сосудов бронхов среднего и мелкого калибров. Наблюдался выраженный стаз крови, местами со сладжем и краевым стоянием лейкоцитов. Отмечалась умеренная деформация отдельных сосудов микроциркуляторного русла за счет склероза с периваскулярной лимфомакрофагальной инфильтрацией.
В межальвеолярных перегородках прослеживалось неравномерное полнокровие капилляров. В мелких бронхах определялись морфологические признаки бронхоспазма. Средние бронхи были деформированы с чередованием очагов сужения и умеренного расширения просвета. Слизистая оболочка бронхов неравномерной толщины, местами с десквамацией эпителия в просвет бронхов. Секреторная активность эпителия слабовыражена, в стенке бронхов отмечались пучки разрастающихся коллагеновых волокон. На участках перибронхиальных пространств сохранялась умеренная гиперплазия лимфоид-ных образований с признаками макрофагальной
реакции на фоне разрастания соединительной ткани. Очаги дисателектазов сочетались с участками атрофии слизистой оболочки бронхов при утолщении межальвеолярных перегородок с появлением коллагеновых структур.
При умеренно выраженной клеточной реакции встречались отдельные очаги с ателектазом некоторых групп альвеол, а также периваскуляр-ным и перибронхиальным очаговым развитием коллагеновых волокон. В некоторых полуспавших альвеолах эпителий приобретал кубическую форму со светлой сочной протоплазмой.
Анализируя полученный материал по группе лабораторных животных в 3-й серии после 2-х месяцев интратрахеального введения суспензии сырого протеина и комбикорма, можно отметить активную структурную перестройку бронхолегоч-ного аппарата, которая характеризуется сочетанием признаков повреждений легочных структур с одновременной стимуляцией адаптационно-компенсаторных механизмов, направленных на поддержание гомеостатических функций организма в ответ на внедрение агрессивного биологического агента. Преобладание на гистологических срезах признаков бронхиолита и острого обструктивного бронхита позволяет говорить о том, что при действии пыли комбикорма может развиться патология.
В 3-й серии лабораторных животных после 3-х месяцев интратрахеального введения суспензии сырого протеина и комбикорма наблюдалось появление гистиоцитарных гранулем в виде очаговых лимфоцитарно-макрофагальных инфильтратов, свидетельствующих об инициировании иммунного воспаления легочной ткани.
Гранулему не всегда следует рассматривать как маркер патологических процессов в легочной системе. Известно, что она является аварийным проявлением реакции иммунной системы, повышающей резистенстность организма в воспалении, стимулированном антигеном. В зависимости от состояния регуляторных клеток (фибробластов, Т-лимфоцитов, макрофагов) и иммуногенетического потенциала индивида, гранулематозная альтерация может протекать по разным сценариям, от полного рассасывания до формирования фиброза.
Для подтверждения предположения, о том что в основе формирования бронхолегочной патологии лабораторных животных, вызванной действием пыли комбикорма, лежат изменения функционирования иммунной системы, было предпринято аллерготестирование крови белых крыс аллергеном, приготовленным из суспензии комбикорма и протеина.
Иммунологические показатели белых крыс после интратрахеального введения сырого протеина и суспензии комбикорма
Экспериментальная группа РСПБ РТМЛ Фагоцитарная активность нейтрофилов
Контроль 1,14 ± 0,24 1,42 ± 0,19 22,79 ± 3,7 %
2-я группа (21 день) 2,18 ± 0,46+ 0,89 ± 0,24+ 26,6 ± 4,31 %+
3-я группа(90 дней) 1,25 ± 0,18 0,71 ± 0,16+ 23,7 ± 2,62 %
+ Достоверная разница по отношению к контрольной группе (р < 0,05).
Состояние иммунокомпетентной системы белых крыс изучалось в реакциях специфического повреждения базофилов (РСПБ), специфического торможения миграции лейкоцитов (РТМЛ) и определении степени фагоцитарной активности нейтрофилов.
Из результатов пробирочных аллерготестов, представленных в таблице, можно сделать следующие выводы.
В группе лабораторных животных с экспозицией интратрахеальной затравки на 21-й день отмечалось достоверное повышение индекса сенсибилизации в РСПБ, что свидетельствовало о развитии в организме белых крыс гиперчувствительности немедленного типа, что подтверждалось сопоставлением с результатами гистологического изучения бронхопульмонального аппарата (развитие морфологических признаков острого бронхоспастического бронхита).
Изучение показателей РТМЛ выявило достоверное снижение индекса миграции лейкоцитов, что свидетельствовало о параллельном развитии в организме белых крыс гиперчувствительности замедленного типа. Наличие морфологических критериев аллергических реакций IV типа (лимфоцитарно-макрофагальных гранулем), подтверждает результаты лабораторной диагностики.
Достоверное повышение фагоцитарной активности нейтрофилов можно объяснить стимуляцией ретикулоэндотелиальной системы, направленной на инактивацию чужеродных химических субстанций, введенных в бронхолегочную систему белых крыс. Морфологической параллелью лабораторного признака активации фагоцитоза нейтрофилов можно признать наличие на препаратах выраженной клеточной (в том числе и нейтрофильной) инфильтрации легочной паренхимы, обусловленной влиянием как сырого протеина, так и суспензии комбикорма.
В группе белых крыс с 3-месячной экспозицией затравки отмечено достоверно по отношению к контрольной группе животных снижение индекса миграции лейкоцитов. Это свидетельствует о развитии в организме белых крыс ал-
лергических реакций гиперчувствительности замедленного типа.
Показатели РСПБ и фагоцитарной активности нейтрофилов были выше, чем идентичные параметры в группе контроля, однако разница между ними статистически была недостоверна
(р < 0,05).
В ы в о д ы. 1. Одним из ведущих патогенетических механизмов формирования бронхолегочной патологии при интратрахе-альном введении сырого протеина и суспензии комбикорма является нарушение иммунного гомеостаза, которое проявляется развитием аллергических реакций I и IV типов на фоне активации фагоцитоза нейтрофилов периферической крови. 2. На 21-й день после интратрахеального введения суспензии сырого протеина в бронхиальную систему лабораторным животным развивается патология респираторного тракта в виде острого ларингита, бронхита и бронхиолита с бронхоспазмом и формированием эмфиземы, ателектаза. 3. К концу 2-го месяца интратрахеального введения сырого протеина начинается формирование обструктивного бронхита с бронхо-спастическим компонентом. 4. К концу 3-го месяца после интратрахеального введения пыли протеина, а также пыли из суспензии комбикорма на фоне развившегося воспаления легочной ткани формируются отдельные очаги «пневмофиброза» с образованиями гранулем.
5. Иммунологическое тестирование экспериментальных животных, затравленных пылью сырого протеина и суспензии комбикорма, показало, что одним из ведущих патогенетических механизмов формирования бронхолегочной патологии является нарушение иммунного гомеостаза, которое проявляется развитием реакции I и IV типов на фоне активации фагоцитоза нейтрофилов периферической крови.
6. В патогенезе пылевых болезней птицеводов на начальных этапах основную роль играет состояние мукоцилиарного клиренса бронхов с нарушением секреторной, очистительной и защитной функции их слизистой оболочки.
Поступила 16.08.09
