CC BY
33
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 3 - P. 148-152
УДК: 611.018:612.014:57.045 DOI: 10.24411/1609-2163-2018-16142
ГИСТОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОПУЛЯЦИИ ТУЧНЫХ КЛЕТОК В ЛЕГКИХ КРЫС ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ МИКРОГРАВИТАЦИИ
Л.М. ЕРОФЕЕВА
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский Институт морфологии человека" (ФГБНУНИИМЧ), ул. Цюрупы, д. 3, Москва, 117418, Россия, тел.: 8-499-120-80-65,
e-mail: [email protected]
Аннотация. Дана характеристика популяции тучных клеток в легких белых крыс самцов Вистар, после длительного воздействия антиортостатической гипокинезии в однократном и повторном режимах. Антиортостатическую гипокинезию моделировали путем фиксации крыс за звост вниз головой так, что задние лапки на 1 см. были выше пола. Для характеристики функционального состояния популяции тучных клеток подсчитывали цитограмму, определяли индекс дегрануляции и средний гистохимический индекс. Показано, что при однократном 30-ти суточном воздействии антиортоста-тической гипокинезии численность популяции тучных клеток в легких резко возрастает, что, по-видимому, характеризует значительное напряжение регуляторных механизмов в экстремальных для органа условиях. Повторное 14-ти суточное воздействие антиортостатической гипокинезии в меньшей степени вызывало реакцию тучных клеток, однако направленность изменений сохранялась. Анализ цитограмм показал, что у контрольных животных преобладал способ быстрой дегрануляции, о чем свидетельствует преобладание в цитограмме очень светлых и светлых клеток, а также клеток сильно и умеренно дегранулированных, а у опытных животных выделение секрета тучных клеток осуществлялось преимущественно способом постепенной дегрануляции, т.к. значительную часть популяции представляют темные и очень темные клетки и клетки с умеренной и слабой степенью дегрануляции. Что в наиболее полной мере отвечало потребностям органа.
Ключевые слова: тучная клетка, гипокинезия, микрогравитация, интерстиций легких, плевра
Введение. Тучные клетки (ТК) - уникальный клеточный элемент рыхлой волокнистой соединительной ткани. Они располагаются преимущественно по ходу кровеносных и лимфатических сосудов, нервных стволов, вблизи желез, а также в дерме кожи и в собственной пластинке слизистой оболочки, которые подвергаются антигенным воздействиям. В среднем в рыхлой соединительной ткани их относительное содержание составляет 10% от общего числа клеток. ТК обеспечивают поддержание гомеостаза, участвуют в защитных и аллергических реакциях, адаптации организма к действию вредных факторов окружающей среды антропогенного происхождения [6,8]. Проявлением регуляторной функции ТК служит нарастание их количества в строме различных органов, функциональная активность которых повышается, вблизи и внутри очагов хронического воспаления, в опухолях и по периферии заживающих ран [5,7,9]. При стрессе изменение тканевого метаболизма сочетается с изменением тонуса вегетативной нервной системы. Обратная связь между компонентами тканевого метаболизма и отделами вегетативной нервной
системы во многом опосредуется ТК. Они располагаются по ходу кровеносных сосудов и контактируют с нервными окончаниями. Биологически активные вещества (гепарин, гиста-мин, простагландины, серотонин) и цитокины, выделяемые тучными клетками модулируют сигналы нервных окончаний и тонус кровеносных сосудов. В связи с этим изменение цито-физиологического состояния ТК является одним из проявлений стресс-реакции. По данным литературы ТК отвечают на стрессорные воздействия дегрануляцией и изменением численности популяции. В связи с этим изучение морфологии ТК при различных стрессовых состояниях является актуальным.
Цель исследования - изучение гистофи-зиологии ТК в легких крыс при моделировании эффектов микрогравитации.
Микрогравитация, или невесомость - состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, отсутствует. Состояние невесомости, в котором пребывают космонавты во время космического полета, характеризуется многочисленными эффектами
в организме. В космической медицине для моделирования некоторых эффектов микрогравитации применяют антиортостатическую гипокинезию (АНОГ) - ограничение двигательной активности в антиортостатическом положении (фиксация вниз головой под углом 15о). Пребывание животных в антиортостатическом положении при вывешивании за хвост моделирует два эффекта невесомости, возникающих у человека в космическом полете: отсутствие опорной нагрузки на нижние конечности, вызывающее снижение поступления афферентных экстеро- и проприоцептивных сигналов в головной мозг, и перерапределение жидких сред организма к верхней части тела, приводящее к затруднению оттока крови.
Материалы и методы исследования. Работа выполнена на базе Государственного научного центра РФ - «Институт медико-биологических проблем РАН». Животные: половозрелые белые крысы самцы Вистар, 40 особей. Для создания эффектов микрогравитации использовали модель длительного (30 суток) вывешивания животных в однократном (1-ая группа) и повторном (2-ая группа) режимах. Путём мягкой фиксации за хвост животных фиксировали на подвижную основу так, что задние лапки на 1 см. были выше пола. Животных распределили на группы по 10 особей в каждой. Крысы 1-ой опытной группы подвергались 30-ти суточному воздействию АНОГ путем вывешивания. Крыс 2-ой опытной группы после 30 дней АНОГ содержали в условиях вивария 30 суток, а затем повторно вывешивали на 14 суток. Животных контрольных групп содержали в условиях вивария в течение всего эксперимента и выводили из эксперимента одновременно с опытными крысами. Все манипуляции с животными проводились в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов (Страсбург, 18 марта 1986 г.) и с соблюдением «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных», регламентированных Приказом № 755 Министерства здравоохранения СССР от 12.08.1987 г.
Материалом для исследования послужили лёгкие. Материал фиксировали 10% нейтральным формалином. Парафиновые срезы толщиной 6 мкм окрашивали гематоксилином-эозином и толуидиновым синим. На гистологических срезах, окрашенных толуидиновым синим, подсчитывали выявляемые тучные
клетки, т.е. тучные клетки с метахроматиче-скими гранулами, на условной единице площади 1 мм2. Для характеристики функционального состояния популяции тучных клеток подсчитывали цитограмму, в которой тучные клетки подразделяли по убыванию количества гранул на очень темные, темные, светлые и очень светлые и по степени дегрануляции на слабо, умеренно и сильно дегранулирующие клетки [2]. Определяли индекс дегрануляции (процентное соотношение различных видов дегрануляции) и средний гистохимический индекс, который отражает насыщенность тучных клеток секреторным материалом [3]. Вариационно-статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программы БТАТ1БТ1СА 6.0. Для каждой выборки рассчитывали среднюю арифметическую (М) и стандартную ошибку среднего (т).
Результаты и их обсуждение. Исследования показали неравномерное распределение ТК в лёгких. Вдоль кровеносных сосудов, вокруг бронхов, бронхиол и в плевре они образуют небольшие скопления или цепочки, в межальвеолярных перегородках встречаются единично расположенные клетки. Количество ТК в интер-стиции в 1,5 раза превышает их число в плевре. Был проведен анализ основных характеристик популяции ТК, результаты которого представлены на диаграммах (рис.1). С целью выявления региональных особенностей была проведена раздельная оценка состояния популяции ТК в плевре и в интерстиции в целом.
Анализ цитограмм ТК показал, что у контрольных животных встречаются в основном очень светлые, светлые и темные клетки (рис. 1А). Очень темные ТК не выявляются. При этом в интерстиции преобладают очень светлые клетки, а в плевре светлые, что вполне логично с функциональной точки зрения. Показатель степени дегрануляции ТК у контрольных животных (рис. 2А,Б) свидетельствует о том, что в интерстиции слабые, умеренные и сильные дегрануляционные процессы выражены в равной степени, а в плевре преобладающими являются умеренные. Содержание сильно де-гранулированных ТК минимально и в плевре, и в интерстиции. Гистохимический индекс, характеризующий степень насыщения клеток секреторным материалом, в популяции ТК в плевре достоверно превышает таковой в ин-терстиции (рис. 2В).
10иКМЛЬ ОБ ОТШ МЕБТСЛЬ ТЕСЫШШС1Е8 - 2018 - V. 25, № 3 - Р. 148-152
Рис. 1. Цитограмма популяции тучных клеток в легких крыс после длительного воздействия АНОГ Примечание: А - контрольная группа, Б - 30-ти суточная АНОГ (группа ОП1), В - 14-ти суточная повторная АНОГ (группа ОП2). По оси ординат - содержание клеток в %.
Рис. 2. Степень дегрануляции тучных клеток и гистохимический коэффициент в легких крыс после длительного воздействия АНОГ в различных режимах. Примечание: А - интерстиций легких, Б-плевра, В -гистохимический коэффициент. К - контрольная группа, ОП1 (опытная группа 1) - 30-ти суточная АНОГ, ОП2 (опытная группа 2) - 14-ти суточная повторная АНОГ. А и Б - по оси ординат - содержание клеток в %
У экспериментальных животных выявлено увеличение числа ТК и в интерстиции легких, и в плевре. Наиболее выражено увеличение количества выявляемых ТК у животных первой опытной группы, т.е. после однократного 30-ти суточного воздействия АНОГ (в интерстиции в 1,5 раза, в плевре - в 4,4 раза). После повторного воздействия АНОГ (вторая опытная группа) содержание ТК в интерстиции практически не изменилось по сравнению с контролем, а в плевре увеличилось в 2,3 раза. Следует отме-
тить, что у экспериментальных животных количество ТК в плевре достоверно преобладало над их содержанием в интерстиции. Причем в интерстиции ТК выявлялись преимущественно в периваскулярных зонах лёгких, в наибольшей степени во 2-ой опытной группе, т.е. после повторного воздействия АНОГ. Здесь обнаруживаются группы плотно расположенных ТК. В цитограмме популяции ТК в легких у животных после длительного воздействия АНОГ (рис. 1) по сравнению с контролем резко сократилось число очень светлых клеток и увеличилось количество светлых и темных, а также выявлялись очень темные клетки, которые отсутствовали в контроле. Причем доля светлых и темных ТК преобладала как в интерстиции легких, так и в плевре у животных обеих групп. Однако наибольшее увеличение доли светлых и темных клеток отмечено после 30-ти суточного воздействия АНОГ, а более значимое увеличение доли очень темных клеток - после повторного 14-ти суточного воздействия АНОГ. Гистохимический коэффициент у опытных животных превышал показатели в контроле и в интерсти-ции легких, и в плевре, наиболее значимо - в плевре. Установлено, что в популяции ТК в интерстиции и в плевре легких у опытных животных изменяется соотношение клеток с разной степенью дегрануляции (рис. 2А,Б). Так, в ин-терстиции легких у животных первой опытной группы по сравнению с контрольными увеличилось число ТК со слабой степенью дегрануляции и статистически значимо сократилась доля ТК с сильной степенью дегрануляции. Во второй опытной группе, наоборот, преобладающими являлись ТК с сильной степенью дегрануляции. В плевре отмечено преобладание слабой степени дегрануляции ТК и резкое сокращение ТК с сильной степенью дегрануляции.
Процесс выделения секрета тучными клетками заслуживает особого внимания, т.к. он зависит от набора рецепторов, воспринимающих информацию о состоянии внутренней среды, и триггеров, вызывающих выделение биологически активных веществ. В литературе описаны три способа выделения секрета тучными клетками (дегрануляции): постепенная дегрануляция, экзоцитоз и быстрая дегрануля-ция [4]. Различные способы дегрануляции тучных клеток обеспечивают адекватное поступление во внутреннюю среду организма биологически активных веществ в зависимости от его функционального состояния. Триггерами
для тучных клеток являются - рилизинг-факторы, гормоны, интерлейкины, ферменты, активные формы кислорода. Ингибиторами являются хондроитин, гепарин, интерлейкин-10, оксид азота, трансформирующий фактор роста-ß и др.
Нами отмечено, что у контрольных животных преобладал способ быстрой дегрануляции, о чем свидетельствует преобладание в цито-грамме очень светлых и светлых клеток, а также клеток сильно и умеренно дегранулирован-ных, а у опытных выделение секрета ТК осуществлялось преимущественно способом постепенной дегрануляции, т.к. значительную часть популяции представляют темные и очень темные клетки и клетки с умеренной и слабой степенью дегрануляции. Что в наиболее полной мере отвечало потребностям органа. При однократном 30-ти суточном воздействии АНОГ численность тучных клеток в легких резко возрастает, что, по-видимому, характеризует значительное напряжение регуляторных механизмов в экстремальных для органа условиях. Повторное 14-ти суточное воздействие АНОГ в меньшей степени вызывало реакцию тучных клеток, однако направленность реакции сохранялась. Показано [1], что при длительном до 1 года воздействии моделируемых условий космического полета и в условиях реального космического полета у космонавтов и испытателей наблюдается ряд характерных реакций со стороны паренхиматозных органов. Выявлено достоверное увеличение размеров и объема
печени, селезенки, поджелудочной железы, почек, кровенаполнения легких, размеров магистральных сосудов брюшной полости. Спустя 4 месяца после полета полной нормализации не наблюдалось. Предполагают, что это является проявлением исчерпания резервов регуляции внутриорганной гемодинамики.
Выводы. Таким образом, исследование показало, что:
- В условиях моделируемой микрогравитации достоверно увеличивается количество выявляемых тучных клеток в легких, что обусловлено необходимостью поддержания гомео-стаза тканей и местной регуляции.
- Значительное увеличение численности популяции ТК в тканях легких при 30-ти суточном однократном воздействии происходит вследствие выраженных изменений в органе, вызванных действием микрогравитации.
- Реакция популяции ТК на повторное 14-ти суточное воздействие имеет типичную направленность, но меньшую степень выраженности, что свидетельствует о более быстрой адаптации к условиям АНОГ по сравнению с однократным воздействием.
- В физиологических условиях преимущественным способом дегрануляции тучных клеток является быстрая дегрануляция, после воздействия микрогравитации преобладает постепенная дегрануляция, наиболее отвечающая запросам функционального состояния органа в условиях врздействия повреждающего фактора.
HISTOPHYSIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF POPULATION OF MAST CELLS IN LUNGS OF RATS
AT LONG-TERM EXPOSURE MICROGRAVITATION
L.M. EROFEEVA
Scientific Research Institute of Human Morphology" (state University of NIIMS), Tsyurupy Str., 3, Moscow, 117418, Russia, tel.: 8-499-120-80-65, e-mail: [email protected], www.morfolhum.ru
Abstract. The characteristic of populations of mast cells (MC) in male Wistar albino rats' lung after long exposure antiorthostatic hypokinesia (ANOG) single and repeated exposure is presented. The ANOG was modeled by fixing the rats behind the bell upside down so that the hind legs were 1 cm above the floor. To characterize the functional state of the population of mast cells, a cytogram was counted, the degranulation index and the average histochemical index were determined. It is shown that for a single 30-minute daily exposure ANOG the number of fat cells in the lungs increases dramatically, that it appears that characterizes a significant voltage of regulatory mechanisms in extreme conditions for the authority. Repeated 14-minute daily exposure to a lesser extent ANOG caused the reaction of mast cells, however, thrust reaction continued. Analysis of citogramm showed that the control animals dominated the method of rapid degranulation, as evidenced by the dominance of the citogramme very bright and light cells as well as cells strongly and moderately degranulated and experienced the secret TC carried out mostly means gradual degranula-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 3 - P. 148-152
tion, because a significant portion of the population are dark and very dark cells and cells with moderate and mild degree degras.
That's the most fully meet the needs of the body.
Key words: mast cell, hypokinesia, microgravity, intersticia lungs, pleura.
Литература
1. Бедненко В.С., Ступаков Г.П. Изменения состояния внутренних органов в длительных космических полетах // Первый Российский конгресс по патофизиологии. Тезисы докладов, 1996. С. 326327.
2. Линднер Д.П., Поберий И.А., Розкин М.Я., Ефимов В.С. Морфометрический анализ популяции тучных клеток // Архив патологии. 1980. Т. 42, № 6. С. 60-64.
3. Яглова Н.В. Цитофизиологические особенности популяции тучных клеток щитовидной железы при воздействии липополисахарида // Морфологические ведомости. 2008. № 3-4. С. 94-98.
4. Яглова Н.В., Яглов В.В. Биология секреции тучных клеток // Клиническая и экспериментальная морфология. 2012. № 4. С. 4-10.
5. Coulombe M., Battistini B., Stankova J., PouliotP., Bissonnette E.Y. Endothelins regulate mediator production of rat tissue-cultured mucosal mast cells. Up-regulation of Th1 and inhibition of Th2 cytokines // J. Leukoc. Biol. 2002. Vol. 71, № 5. P. 829-836.
6. Fitzgerald S.M., Lee S.A., Hall H.K., Chi D.S., Krishnaswamy G. Human lung fibroblasts express interleukin-6 in response to signaling after mast cell contact // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2004. Vol. 30, № 4. P. 585-593.
References
1. Bednenko VS, Stupakov GP. Izmeneniya sostoya-niya vnutrennih organov v dlitel'nyh kosmicheskih pole-tah. Pervyj Rossijskij kongress po patofiziologii. Tezisy dokladov [Changes in the state of internal organs in long-term space flights. The first Russian Congress on pathophysiology. Thesis of reports]; 1996. Russian.
2. Lindner DP, Poberij IA, Rozkin MYA, Efimov VS. Morfometricheskij analiz populyacii tuchnyh kletok [Morphometric analysis of mast cell population]. Arhiv patologii. 1980;42(6):60-4. Russian.
3. YAglova NV. Citofiziologicheskie osobennosti po-pulyacii tuchnyh kletok shchitovidnoj zhelezy pri voz-dejstvii lipopolisaharida [Cytophysiological features of the population of mast cells of the thyroid gland under the influence of lipopolysaccharide]. Morfo-logicheskie vedomosti. 2008;3-4:94-8. Russian.
4. YAglova NV, YAglov VV. Biologiya sekrecii tuch-nyh kletok [Biology of mast cell secretion]. Klini-cheskaya i ehksperimental'naya morfologiya. 2012;4:4-10. Russian.
5. Coulombe M, Battistini B, Stankova J, Pouliot P, Bissonnette EY. Endothelins regulate mediator production of rat tissue-cultured mucosal mast cells. Up-regulation of Th1 and inhibition of Th2 cytokines. J. Leukoc. Biol. 2002;71(5):829-36.
6. Fitzgerald SM, Lee SA, Hall HK, Chi DS, Krishnaswamy G. Human lung fibroblasts express interleu-kin-6 in response to signaling after mast cell contact. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2004;30(4):585-93.
7. Ogasawara T., Murakami M., Suzuki-Nishimura T., Uchida M.K., Kudo I. Mouse bone marrow-derived mast cells undergo exocytosis, prostanoid generation, and cytokine expression in response to G protein-activating polybasic compounds after coculture with fibroblasts in the presence of c-kit ligand // J. Immunol. 1997. Vol. 158, № 1. P. 393-404.
8. Plante S., Semlali A., Joubert P., Bissonnette E., Laviolette M., Hamid Q., Chakir J. Mast cells regulate procollagen I (alpha 1) production by bronchial fibroblasts derived from subjects with asthma through IL-4/IL-4 delta 2 ratio // J. Allergy Clin. Immunol. 2006. Vol. 117, № 6. P. 1321-1327.
9. Tachibana M., Wada K., Katayama K., Kamisaki Y., Maeyama K., Kadowaki T., Blumberg R.S., Nakaji-ma A. Activation of peroxisome proliferator-activated receptor gamma suppresses mast cell maturation involved in allergic diseases // Allergy. 2008. Vol. 63, № 9. P. 1136-1147.
7. Ogasawara T, Murakami M, Suzuki-Nishimura T, Uchida MK, Kudo I. Mouse bone marrow-derived mast cells undergo exocytosis, prostanoid generation, and cytokine expression in response to G protein-activating polybasic compounds after coculture with fibroblasts in the presence of c-kit ligand. J. Immunol. 1997;158(1):393-404.
8. Plante S, Semlali A, Joubert P, Bissonnette E, Laviolette M, Hamid Q, Chakir J. Mast cells regulate procollagen I (alpha 1) production by bronchial fi-broblasts derived from subjects with asthma through IL-4/IL-4 delta 2 ratio. J. Allergy Clin. Immunol. 2006;117(6):1321-7.
9. Tachibana M, Wada K, Katayama K, Kamisaki Y, Maeyama K, Kadowaki T, Blumberg RS, Nakajima A. Activation of peroxisome proliferator-activated receptor gamma suppresses mast cell maturation involved in allergic diseases. Allergy. 2008;63(9):1136-47.
