CC BY
19
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 616.248:616-001.9:612.225]611-018.7
DOI: 10.12737/article_5b188b4bad3200.10559927
ИЗМЕНЕНИЯ БОКАЛОВИДНОГО ЭПИТЕЛИЯ В ОТВЕТ НА ХОЛОДОВУЮ БРОНХОПРОВОКАЦИЮ У БОЛЬНЫХ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМОЙ С ХОЛОДОВОЙ ГИПЕРРЕАКТИВНОСТЬЮ
ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ
А.Б.ПИРОГОВ1, А.Г.Приходько1, Ю.М.Перельман1, С.В.Зиновьев2, Сян Дун Чжоу3, Ци Ли3
1Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания», 675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22 2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Амурская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации,
675000, г. Благовещенск, ул. Горького, 95 3Госпитальная клиника Хайнаньского медицинского университета, КНР, г. Хайкоу, просп. Лонгхуа, 31
РЕЗЮМЕ
Деструкция бронхиального эпителия у больных бронхиальной астмой (БА) лежит в основе механизма эпителиальной дисфункции, мукоцилиарной недостаточности и ремоделирования бронхов. Цель работы - оценить характер изменений, происходящих в структурной организации клеточных элементов и секреторной активности бронхиального бокаловидного эпителия у больных БА с холодовой гиперреактивностью дыхательных путей (ХГДП) в ответ на холодовую бронхопровокацию. В исследовании приняли участие 28 больных лёгкой формой БА, которым в первый день исследования проводился сбор индуцированной мокроты, на следующий день выполнялась стандартная 3 минутная проба изокапнической гипервентиляцией холодным (-20°С) воздухом (ИГХВ), после чего осуществлялся повторный сбор мокроты. В цитограммах мокроты определяли процентное содержание, степень деструкции и интенсивности цитолиза клеточных элементов, изучалось содержание гликопротеинов в бокаловидных эпителиальных клетках (БК). В 1 группу вошли 14 больных с ХГДП, группу сравнения (2 группа) составили 14 больных БА не имевших реакции дыхательных путей на пробу ИГХВ (АОФВ1=-19,9±1,6 и -2,8±1,3%; р=0,00001). После пробы ИГХВ в цито-
граммах мокроты больных с ХГДП наблюдалось увеличение числа нейтрофилов по отношению к базовому (с 39,9±2,8 до 54,0±2,3%; р=0,0004, соответственно), уменьшение числа макрофагов (с 45,3±3,4 до 31,4±2,6%; р=0,005) без изменений числа эозино-филов (10,0±2,2 и 10,4±1,6%; р=0,14) на фоне усиленного цитоза (2,4±0,16 и 3,1±0,16%; р=0,0007). Наблюдалось снижение числа БК по отношению к исходному (с 0,22±0,02 до 0,16±0,02%; р=0,037) без значимых различий числа эпителиальных клеток (1,6±0,54 и 1,5±1,20%; р=0,97). Суммарный индекс деструкции БК составил 0,45±0,02 и 0,51±0,02 (р=0,045); индекс интенсивности цитолиза БК -0,20±0,04 и 0,20±0,02 (р=0,27). Обращает на себя внимание высокое число БК, сохранивших после холодовой бронхопровокации нормальную структуру (0 и 1 класс деструкции), увеличение по отношению к исходным значениям числа клеток II класса деструкции, при отсутствии изменений в III и IV классе деструкции. При цитохимической реакции количество окрашенных альциановым синим БК, активно синтезирующих и секретирующих гли-копротеины в ответ на пробу ИГХВ, достоверно увеличивалось по отношению к базовому значению (с 59,8±3,3 до 70,8±4,0%, р=0,0002, соответственно). Найдена тесная связь между усиленной продукцией БК гликопротеинов в ответ на бронхопровокацию
и выраженностью реакции бронхов (АОФВ1) на пробу ИГХВ (r=-0,37; р=0,029). Таким образом, у больных БА с ХГДП кратковременное холодовое воздействие влечёт за собой увеличение количества нейтрофилов, снижение числа БК при усиленной продукции в них гликопротеинов.
Ключевые слова: бронхиальная астма, холодовая гиперреактивность дыхательных путей, бокаловидные клетки, муцины.
SUMMARY
THE CHANGE OF GOBLET CELLS IN RESPONSE TO COLD BRONCHIAL CHALLENGE
IN PATIENTS WITH BRONCHIAL ASTHMA WITH COLD AIRWAY HYPERRESPONSIVENESS
A.B.Pirogov1' A.G.Prikhodko1, J.M.Perelman1, S.V.Zinoviev2, Xiangdong Zhou3, Qi Li3
'Far Eastern Scientific Center of Physiology and
Pathology of Respiration, 22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000, Russian Federation
2Amur State Medical Academy, 95 Gorkogo Str., Blagoveshchensk, 675000, Russian Federation 3The Affiliated Hospital of Hainan Medical College, 3' Longhua Road, Longhua District, Haikou, Hainan, China
Destruction of bronchial epithelium in patients with bronchial asthma (BA) is at the bottom of the mechanism of epithelial dysfunction, mucociliary insufficiency and bronchial remodeling. The aim of the work is to assess the character of changes that happen in the structural organization of cell elements and secretory activity of bronchial goblet epithelium in response to cold bronchial challenge in BA patients with cold airway hyperresponsiveness (CAHR). 28 patients with mild BA took part in the research. In the first day of the research the collection of the induced sputum was done, then the next day there was conducted a standard 3-minute test of isocapnic hyperventilation with cold (-20°С) air (IHCA), after that the collection of sputum was done again. In cytograms of the sputum the percentage, the degree of destruction and cytolysis intensity of cell elements was determined; the contents of glycoproteins in goblet epithelial cells (GS) was studied. The first group included 14 patients with CAHR, the group of comparison (the second group) included 14 patients with BA who did not have airway response to IHCA (AFEV1=-19.9±1.6 and -2.8±1.3%, respectively, р=0.00001). After IHCA in cytograms of the sputum of the patients with CAHR there was an increase of the number of neutrophils in relation to the basic one (from 39.9±2.8 till 54.0±2.3%, respectively, р=0.0004), the decrease of the number of macrophages (from 45.3±3.4 till 31.4±2.6%, р=0.005) without the changes of the number of eosinophils (10.0±2.2 and 10.4±1.6%, р=0.14) against intensified cytolysis (2.4±0.16 and 3.1±0.16%, р=0.0007). There was a decrease of the number of GC in relation to the initial one (from 0.22±0.02 till 0.16±0.02%; р=0.037) without significant changes of the number of epithelial cells (1.6±0.54 and
1.5±1.20%; р=0.97). The total index of destruction of GC was 0.45±0.02 and 0.51±0.02 (р=0.045); the index of cytolysis intensiveness of GC was 0.20±0.04 and 0.20±0.02 (р=0.27). A high number of GC that had a normal structure (0 and 1 class of destruction) as well as an increase of the number of cells in relation to initial values of the number of cells of II class against the absence of changes of III and IV classes of destruction were quite noticeable. Under cytochemical reaction the number of alcian blue stained GC actively synthesizing and secreting glycoproteins in response to IHCA increased in relation to the basic value (from 59.8±3.3 till 70.8±4.0%, р=0.0002, respectively). There was found a close correlation between the intensified production of GC glycoproteins in response to bronchial challenge and intensification of bronchial response (AFEV1) to IHCA (r=-0.37; р=0.029). Thus, in the patients with BA and CAHR a short-term cold air exposure leads to the increase of the number of neutrophils and the decrease of the number of GC under intensive production of gly-coproteins in them.
Key words: bronchial asthma, cold airway hyperre-sponsiveness, goblet cells, mucins.
Секреция муцинов MUC5AC и MUC5B (высоко-гликолизированных макромолекул, гликопротеинов с доминирующим углеводным компонентом), являющихся основными компонентами бронхиальной слизи, обеспечивает барьерную функцию и клиренс проксимальных и дистальных отделов воздухоносного тракта. Гиперпродукция муцинов бокаловидными клетками слизистой оболочки и экзокриноцитами желёз подсли-зистой основы дыхательных путей, регулируемая активацией генов муцинов под влиянием медиаторов воспалительного (иммунного) ответа, манифестирует развитие бронхолегочной патологии [9, 15]. У больных бронхиальной астмой (БА) продукция муцинов MUC5AC и MUC5B увеличивается, соответственно, в 40-200 и в 3-10 раз, одновременно повышается синтез муцинов MUC2, MUC6, MUC7, MUC8 [9, 14, 15]. Гиперсекреция муцинов нарастает по мере утяжеления течения БА, сопровождается нарушением циркуляции тканевой жидкости в бронхах, дегидратацией муцино-вого геля и повышением его вязкости за счёт увеличения уровня хондроитинсульфатов, снижения уровня гиалуроновой кислоты и гепарина в составе муцинов, более прочным связыванием геля с поверхностью эпителия [2, 9]. Комплексы муцины-сульфаты определяют сложную фибриллярную структуру и значительное утолщение слизистого слоя бронхов, обусловливают замедление скорости движения бронхиального секрета, нарушение мукоцилиарного клиренса (МЦК) и формирование мукоцилиарной недостаточности (МЦН) [2, 7, 9, 14].
В соответствии с представлением о включении в феномен обструкции дыхательных путей быстрой реакции - бронхоконстрикции и медленных реакций -воспалительной экссудации и гиперсекреции муцинов, в верхних дыхательных путях больных БА с холодовой гиперреактивностью дыхательных путей (ХГДП) в
ответ на назальную изокапническую гипервентиляцию холодным воздухом увеличивается содержание глико-протеинов [5]. Установлено, что продолжительная гиперсекреция бронхиальных муцинов оказывает негативное влияние на функцию внешнего дыхания таких больных [5].
В исследованиях in vitro было показано, что в результате холодового воздействия на дыхательные пути резко возрастает продукция муцинов бокаловидными клетками покровного эпителия, в меньшей степени -экзокриноцитами желез трахеи и бронхов [8]. При длительном холодовом воздействии в дыхательных путях развивается комплекс специфических изменений му-кополисахаридного обмена с преобладанием кислых гликозаминогликанов (ГАГ), индукцией воспаления, катаболических процессов, репаративного коллагено-образования, стромального фиброза и склероза [8].
Изучение роли гиперсекреции мукопротеидов, нейтральных полисахаридов и кислых ГАГ для механизмов развития гиперреактивности, МЦН и ремоделирования бронхов у больных БА следует рассматривать в комплексе с проблемой негативного влияния низких температур атмосферного воздуха Северо-Восточного региона, который способствует мо-фофункциональной перестройке органов дыхания, в том числе статуса мукоцитов воздухоносного тракта.
Целью настоящей работы явилось изучение характера изменений, происходящих в структурной организации клеточных элементов и секреторной активности бронхиального бокаловидного эпителия у больных БА с ХГДП в ответ на холодовую бронхопровокацию.
Материалы и методы исследования
В исследовании приняли участие 28 больных лёгкой персистирующей формой БА согласно критериям GINA [13]. Дизайн работы предусматривал оценку симптомов БА с использованием валидизированного вопросника Asthma Control Test (АСТ, Quality Metric Inc., 2002) за последние 4 недели до проведения обследования, исследование базовой функции внешнего дыхания при спирометрии (Easy on-PC, nddMedizintechnik AG, Швейцария) [6], после которого осуществлялся сбор индуцированной мокроты по стандартной методике [10], на следующий день сбор спонтанно продуцируемой мокроты проводился после выполнения 3-минутной пробы изокапнической гипервентиляцией холодным (-20°С) воздухом (ИГХВ).
По результатам реакции дыхательных путей на ИГХВ обследованные больные были распределены в группы: в 1 группу (14 человек) вошли пациенты с ХГДП, во 2 группу (14 человек) - пациенты с отрицательной реакцией на бронхопровокационную пробу (ДОФВ=-14,6±2,0 и -2,8±1,3%, р=0,000001, соответственно). Пациенты были сопоставимы по основным антропометрическим параметрам (возраст 40,4±3,2 и 39,8±2,7 лет, р=0,89; рост 170,7±2,7 и 167,9±2,4 см, р=0,46, соответственно), функции внешнего дыхания (ОФВ1=93,2±5,0 и 98,7±5,4%, р=0,47) и уровню контроля над заболеванием (АСТ=16,1±2,1 и 19,1±2,0 баллов, р=0,32).
Цитологическое исследование мокроты проводили не позднее 2 часов после её получения стандартным методом при помощи светооптической иммерсионной микроскопии. Подсчитанное количество клеток выражали в процентах. Степень деструкции и интенсивности цитолиза клеток бронхиального эпителия и бокаловидных эпителиальных клеток определяли по методу Л.А.Матвеевой [3]. Выделяли пять классов деструкции клеток в зависимости от изменений структурной целостности клеточных элементов: 0 -нормальная структура; I - частичное (не более 1/2) деструктивное повреждение цитоплазмы, нормальная структура ядра; II - значительная (более 1/2), но неполная деструкция цитоплазмы, частичное повреждение ядра; III - полная деструкция цитоплазмы, значительная деструкция ядра; IV - полная деструкция с распадом цитоплазмы и ядра.
Вычисляли суммарный индекс деструкции клеток (ИДК) и индекс интенсивности цитолиза клеток (ИЦ, как отношение наиболее разрушенных клеток к содержанию остальных поврежденных клеток): ИДК=п1+п2+п3+п4)/100; ИЦ=п4/(п0+п1+п2+п3+п4), где 0, 1, 2, 3, 4 - номера классов деструкции; п0, п1, п2, п3, п4 - количество клеток соответствующего класса.
Для изучения содержания гликопротеинов в бокаловидных эпителиальных клетках после фиксации препаратов в формалине использовали метод окраски цитологических мазков альциановым синим, элективно выявляющим муцины (гликопротеины, кислые ГАГ) в цитоплазме бокаловидных клеток [4]. Уровень содержания гликопротеинов (ГАГ) в бокаловидном эпителии оценивали по количеству окрашенных альциановым синим клеток, выраженному в процентах.
Статистический анализ полученного материала проводился на основе стандартных методов вариационной статистики. Для определения уровня статистической значимости различий использовали параметрический критерий (1) Стьюдента (парный, непарный), в случаях негауссовых распределений - непараметрический критерий Колмогорова-Смирнова. С целью определения степени связи между двумя случайными величинами проводили корреляционный анализ, рассчитывали коэффициент корреляции (г). Для всех величин принимался во внимание минимальный уровень значимости (р) 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
В ответ на пробу ИГХВ в цитограммах мокроты больных обеих групп количество клеток десквамиро-ванного бронхиального эпителия характеризовалось тенденцией к увеличению. Так, у пациентов 1 группы исходное количество эпителиальных клеток составило 1,5±1,20%, после пробы ИГХВ - 1,6±0,54% (р=0,97), у пациентов 2 группы 1,7±1,16 и 2,4±0,89% (р=0,19), соответственно. При этом, если число бокаловидных клеток в мокроте после холодовой бронхопровокации во 2 группе двукратно прирастало с 0,07±0,04 до 0,14±0,04% (р=0,092), то в 1 группе наблюдалось их снижение с 0,22±0,02 до 0,16±0,02% (р=0,037), что косвенно могло свидетельствовать о формирующейся у
них МЦН. Известно, что чем меньше бокаловидных клеток, продуцирующих жидкий секрет, насчитывается в структуре эпителия, тем более вероятно развитие в дыхательных путях нарушений эскалации бронхиального секрета во внешнюю среду [2].
В ответ на кратковременную бронхопровокацию холодным воздухом в обеих группах больных прослеживалась тенденция к увеличению цитологических показателей деструкции бокаловидных клеток бронхиального эпителия, представленная данными ИДК бокаловидных клеток (табл. 1, 2). Согласно значениям ИЦ,
базовый цитолиз бокаловидных клеток у больных 1 группы был более интенсивным, чем во 2 группе, однако после холодовой стимуляции уровень интенсивности цитолиза не изменялся, между тем как во 2 группе цитолитическая активность бокаловидных клеток достоверно увеличивалась (табл. 1, 2). Кроме того, у этих больных наблюдалась интенсификация деструк-тивно-цитолитических процессов бронхиального эпителия в ответ на пробу ИГХВ (табл. 2), тогда как в 1 группе показатели ИДК и ИЦ после провокации характеризовались лишь тенденцией к увеличению (табл. 1).
Таблица 1
Индексы деструкции клеток и интенсивности цитолиза (ИДК, ИЦ, усл. ед.), классы деструкции клеток (в
%) в мокроте больных БА с ХГДП (М±т)
Показатель Базовый После пробы ИГХВ Д р
Бронхиальный эпителий
ИДК БЭ 0,43±0,03 0,48±0,02 0,04±0,04 0,29
ИЦ БЭ 0,20±0,02 0,22±0,01 0,02±0,02 0,52
п0 56,5±2,9 52,9±2,8 3,6±4,1 0,40
п1 15,0±2,1 17,1±1,8 2,1±2,0 0,39
п2 5,6±0,60 6,9±0,68 1,2±0,7 0,36
п3 4,0±0,54 4,4±0,42 0,4±0,24 0,14
п4 19,6±2,2 18,9±1,6 0,77±2,46 0,76
Бокаловидные клетки
ИДК БК 0,45±0,02 0,51±0,02 0,07±0,02 0,045
ИЦ БК 0,20±0,04 0,20±0,02 0,004±0,04 0,27
п0 55,4±3,0 48,8±2,9 6,7±3,1 0,13
п1 15,4±2,2 17,9±1,8 2,5±2,5 0,34
п2 6,1±0,70 7,5±0,90 1,4±0,89 0,14
п3 4,3±0,47 5,0±0,61 0,67±0,47 0,18
п4 20,0±3,3 20,4±2,1 0,42±4,4 0,93
Примечание: здесь и в таблице 2: п0, п1, п2, п3, п4 - к - бронхиальный эпителий, БК - бокаловидные клетки; р ИГХВ .
Анализ дифференцировки бокаловидных клеток в мокроте по классам деструкции в группе больных с ХГДП в ответ на пробу ИГХВ показал незначительную тенденцию к повышению количества клеточных элементов, в различной мере разрушенных (1-Ш классы деструкции), при снижении числа клеток, сохранивших структурную целостность цитоплазмы и ядра (0 класс деструкции) (табл. 1, рис. 1-5). У этих же больных, в результате холодового воздействия также прослеживалась тенденция к снижению количества бронхиального эпителия нормальной структуры, увеличение числа повреждённых эпителиальных элементов I, II и III классов деструкции и незначительное
личество клеток 0, I, II, III, IV классов деструкции. БЭ достоверность различий показателей в ответ на пробу
снижение числа полностью некротизированных эпите-лиоцитов IV класса деструкции.
Во 2 группе, после кратковременной холодовой бронхопровокации мы наблюдали увеличение числа частично разрушенного бронхиального и бокаловидного эпителия, со статистически значимой активизацией в отношении I и IV классов деструкции (табл. 2). В ответ на пробу ИГХВ отмечалось более значимое снижение количества бронхиальных эпителиоцитов и бокаловидных клеток 0 класса деструкции по сравнению с 1 группой (табл. 2).
Можно предположить, что у больных БА с ХГДП холодиндуцированная бронхоспастическая реакция,
активирующая деструкцию и цитолиз покровного эпителия с уменьшением содержания бокаловидных клеточных элементов, одновременно инициирует включение компенсаторных механизмов, препятствующих распаду ядра и некрозу бокаловидных клеток, тормозящих процесс тотальной деструкции IV класса и способствующих относительно стабильному уровню содержания клеток 0 класса. Бокаловидные клетки 0 класса деструкции, сохраняющие физиологическую
структуру ядра и цитоплазмы, относятся к нормально функционирующим мукоцитам, которые, согласно данным литературы, накапливают в апикальном полюсе цитоплазмы секрет, содержащий нейтральные мукопо-лисахариды и ГАГ [8]. В результате мерокриновой секреции мукопротеины выделяются из бокаловидных клеток и равномерно распределяются в слизистом слое, покрывающем поверхность ресничек цилиарного эпителия бронхов [8].
Таблица 2
Индексы деструкции клеток и интенсивности цитолиза (ИДК, ИЦ, усл. ед.), классы деструкции клеток (в %) мокроты больных БА с отсутствием реакции дыхательных путей на холодовой стимул (М±т)
Показатель Базовый После пробы ИГХВ Д р
Бронхиальный эпителий
ИДК БЭ 0,45±0,02 0,53±0,02 0,08±0,02 0,001
ИЦ БЭ 0,16±0,02 0,18±0,01* 0,1±0,2 0,66
п0 56,4±1,9 48,6±2,8 7,9±2,3 0,004
п1 16,0±1,7 21,4±1,4* 5,4±1,5 0,003
п2 5,9±0,81 6,4±0,64 0,50±1,1 0,66
п3 4,9±0,16 5,1±0,07 0,14±0,14 0,34
п4 15,7±1,7 18,9±1,8 3,2±2,8 0,26
Бокаловидные клетки
ИДК БК 0,38±0,02 0,47±0,03 0,9±0,02 0,002
ИЦ БК 0,14±0,02 0,20±0,02 0,05±0,03 0,096
п0 61,8±2,5 52,9±3,2 8,9±2,3 0,002
п1 12,6±1,1 15,7±1,3 3,1±1,4 0,045
п2 6,4±0,84 5,7±0,71 0,7±1,05 0,50
п3 4,5±0,82 4,3±0,48 0,21±0,72 0,77
п4 14,3±1,7 20,7±1,9 6,4±2,7 0,036
Примечание: * - достоверность различий показателя между 1 и 2 группами (р<0,05).
Обнаруженные после воздействия холодового триггера в дыхательных путях больных 1 группы бокаловидные клетки 0 класса деструкции в доле, близкой к исходной, могут быть охарактеризованы как клетки с мобилизованной синтетической и секреторной активностью, стимулированной оксидативным стрессом и адаптивно-приспособительной активацией нейтро-фильного звена гранулоцитарного сегмента бронхиального воспаления.
Актуализация морфофункционального профиля нейтрофилов в воспалении, сопряженном с развитием реакции бронхов на холодовой стимул, может быть проиллюстрирована ростом уровня нейтрофилов в мокроте больных в ответ на пробу ИГХВ. У больных 1 группы количество нейтрофилов увеличилось с 39,9±2,8 до 54,0±2,3% (р=0,0004), у больных 2 группы
- с 40,6±2,8 до 53,1±2,3% (р=0,0004). При этом профиль эозинофилов в цитограммах мокроты пациентов как 1, так и 2 групп достоверно не изменялся, составив в среднем для 1 группы 10,0±2,2 и 10,4±1,6% (р=0,14), для 2 группы - 7,1±1,2 и 8,1±1,1% (р=0,32), соответственно, до и после пробы ИГХВ. На фоне этого происходило уменьшение числа макрофагов с 45,3±3,4 до 31,4±2,6% (р=0,005) в 1 группе, с 44,3±3,3 до 31,7±3,1% (р=0,0003) во 2 группе, на фоне усиления цитоза с 2,4±0,16 до 3,1±0,16% (р=0,0007) и с 2,1±0,12 до 2,5±0,12% (р=0,003), соответственно.
При цитохимической реакции на ГАГ и гликопро-теины количество бокаловидных клеток, окрашенных альциановым синим, в мокроте больных увеличивалось после пробы ИГХВ: в 1 группе с 59,8±3,3 до 70,8±4,0% (р=0,0002), во 2 группе - с 50,6±3,3 до
61,1±2,7% (р=0,0002). Найденные межгрупповые различия данных показателей, характеризующих интенсивность генерации муцинов в бокаловидном эпителии как исходно, так и после пробы ИГХВ, позволяют прийти к следующему утверждению. Больные БА с ХГДП имеют более высокую базовую концентрацию гликопротеинов в покровном эпителии по отношению к больным, не имевшим реакции дыхательных путей на холодный воздух (р=0,07); при развитии бронхоспа-стической реакции содержание гликопротеинов у этих больных значимо прирастает, что даёт основание сделать вывод о холодиндуцированной эскалации секреторной муциновой активности бокаловидных клеток бронхиального эпителия.
В исследованиях in vitro структуры слизистой оболочки и гистохимической характеристики углеводных соединений воздухоносного тракта при длительном хо-лодовом воздействии установлено, что после разруше-
Рис. 1. Бокаловидные клетки I и II классов деструкции. Мазок мокроты больного БА с ХГДП после пробы ИГХВ. Окраска альциановым синим. Увеличение: 1250.
Рис. 3. Бокаловидные клетки I, II, III и IV классов деструкции. Мазок мокроты больного БА с ХГДП после пробы ИГХВ. Окраска альциановым синим. Увеличение: 1250.
ния бронхиального эпителия в участки разрушения и в базальную мембрану внедряются мигрирующие из соединительной ткани тучные клетки [8]. Основным цитоплазматическим включением тучных клеток является кислый сульфатированный гликозоаминогликан - гепарин, в соединении с белками гранул образующий протеогликан, подвергающийся экзоцитозу и принадлежащий к необходимым компонентам межклеточного вещества соединительной ткани дыхательной системы [1]. Тучные клетки являются активными продуцентами протеаз, гистамина, допамина, фактора агрегации тромбоцитов и стимуляции секреции гистамина (РАР). медленно реагирующей субстанции анафилаксии (SRS-A) и других цитокинов Тк2 и ТЫ типов, проста-гландинов, лейкотриенов, в частности, ЕГВ4, вызывающего агрегацию и дегрануляцию нейтрофилов, активацию лейкоцитов и миграцию нейтрофилов и эозинофилов в очаг воспаления [12, 16].
Рис. 2. В центре препарата разрушенные бокаловидные клетки IV класса деструкции, рядом деграну-лирующая тучная клетка. По направлению к периферическим участкам бокаловидные клетки II-III классов деструкции. Мазок мокроты больного БА с ХГДП после пробы ИГХВ. Окраска альциановым синим. Увеличение: 1250.
Рис. 4. Вверху среди бокаловидных клеток Ш-ГУ классов деструкции и по периферии препарата единичные клетки с частично поврежденным ядром (II класс деструкции). Мазок мокроты больного БА с ХГДП после пробы ИГХВ. Окраска альциановым синим. Увеличение: 1250.
Рис. 5. Скопление бокаловидных клеток с полным разрушением цитоплазмы, значительным или полным распадом ядра (Ш-ГУ классы деструкции). Мазок мокроты больного БА с ХГДП после пробы ИГХВ. Окраска альциановым синим. Увеличение 1250.
Так как в мазках мокроты больных БА с ХГДП в ответ на пробу ИГХВ нередко выявлялись тучные клетки (рис. 2), можно высказать предположение о взаимосвязи между развитием ХГДП и стимулированной оксидативным стрессом миграцией тучных клеток в их просвет. Вероятно, при чрезмерной реакции бронхов на кратковременную холодовую провокацию активность бронхиального тучноклеточного аппарата как короткодистантного регулятора тканевого гомеостаза интенсифицируется, что способствует повышению проницаемости сосудов микроциркуляторного русла, воспалительной экссудации и инфильтрации, функциональной активации лейомиоцитов, индуцирующих бронхоспазм.
Установлено, что в процессе повреждающего холо-дового воздействия и трансформации мерцательного эпителия в многослойный плоский базальная мембрана бронхов гиалинизируется, нейтральные полисахариды и кислые ГАГ накапливаются в поверхностных слоях эпителия и утолщенной базальной мембране, в рыхлой соединительной ткани и стенке кровеносных сосудов [8]. Базальный слой эпителия инфильтрируется эозинофилами и тучными клетками, на поверхности эпителия накапливается большое количество неравномерно распределенного вязкого секрета, имеющего ШИК-позитивную реакцию. Повышенная реакция на ГАГ сопровождает метахромазию, набухание, фрагментацию и гомогенизацию коллагеновых волокон слизистой оболочки, что служит проявлением нарушений взаимоотношений между коллагеном и белково-углеводными комплексами, цементирующими вещество волокон [8]. В составе рыхлой соединительной ткани возрастает число малодифференцированных фибробластов и активно синтезирующих коллагено-бластов, активирующихся увеличением ГАГ и ШИК-позитивных веществ и отображающих последовательное развитие гуморальных и клеточных фаз воспаления. Хроническое воспаление, фибрилло-генез, фиброз и склероз стромы бронхов, индуцируемые накоплением ГАГ и мукопротеидов [8], лежат в
Рис. 6. Бокаловидные клетки и гранулярные лейкоциты среди большого количества слизи. Слизь с явлениями биокристаллизации. Мазок мокроты больного БА с ХГДП после пробы ИГХВ. Окраска альциановым синим. Увеличение: 1250.
структурной основе ремоделирования дыхательных путей, обусловленного их реакцией на многократное и продолжительное холодовое воздействие. Морфофунк-циональная перестройка слизистой оболочки бронхов в этом случае характеризуется как соответствующая стадии адаптивного напряжения, переходящего в стадию стабилизации [7,8].
В ультраструктурной картине мерцательного эпителия при длительном холодовом воздействии in vitro, сопровождающем пролиферативно-воспалительные и склеротические изменения бронхов, подчеркиваются выраженные деструктивные изменения ресничек и микроворсинок реснитчатых эпителиоцитов, дающих положительную реакцию на мукоид, и обилие слизистого секрета, содержащего большое количество ГАГ, микроорганизмов и наночастиц, на поверхности эпителиального пласта [7]. Утолщенный слизистый слой препятствует движению ресничек и снижает эффективность продвижения секрета в дыхательных путях. Морфологическим признакам мукоцилиарной дисфункции соответствуют полученные нами данные о структуре слизистого секрета в микропрепаратах индуцированной мокроты больных БА с синдромом ХГДП. Так, в мазках мокроты пациентов 1 группы можно было наблюдать «замурованность» клеток эпителия и поли-морфноядерных лейкоцитов в обильный кристаллообразующий муциновый гель (рис. 6).
По мнению ряда авторов, нарушение механизма ци-лиарной синхронизации неизбежно влечет за собой снижение МЦК [9, 11], а деструкция эпителия, увеличивая проницаемость слизистой оболочки бронхов, обеспечивает развитие бронхиальной гиперреактивности [8]. О влиянии накопления гликопротеинов в эпителии бронхов на развитие ХГДП у больных БА можно судить по корреляционной зависимости между величиной реакции бронхов в ответ на пробу ИГХВ и обнаруженном в мокроте пациентов 1 группы после пробы количеством клеток бокаловидного эпителия, содержащим гликопротеины (r=-0,47; р=0,041). Из найденной корреляционной связи следует, что, чем выше концент-
рация гликопротеинов (ГАГ) в бокаловидном эпителии бронхов, тем более выраженной является реакция дыхательных путей на холодовой стимул. Кроме того, уровень контроля над заболеванием (АСТ) был тесно связан с количеством найденных в мокроте БК (r=-0,37; р=0,028).
Таким образом, в результате реакции бронхов на хо-лодовой стимул у больных БА с ХГДП усиливались признаки дезорганизации бронхиального эпителия, активировались деструкция и цитолиз бокаловидно-клеточного компонента, повышалась генерация муцинов бокаловидными клетками. У этих больных наблюдалось базовое накопление гликопротеинов в бокаловидном эпителии бронхов, превышающее аналогичные показатели у больных БА с отсутствием гиперреактивности дыхательных путей на пробу ИГХВ. Увеличение реакции дыхательных путей на острую холодовую бронхопровокацию сопровождалось повышением концентрации гликопротеинов в мокроте.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №17-54-53162 ГФЕНа).
ЛИТЕРАТУРА
1. Красавина Н.П., Целуйко С.С., Доровских В.А. Тучные клетки органов дыхания и перспективы их изучения (обзор литературы) // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2004. Вып.19. С.74-79.
2. Луценко М.Т., Одиреев А.Н., Перельман Ю.М., Шматок М.И. Этиопатогенез мукоцилиарной недостаточности при бронхиальной астме // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2014. Вып.54. С.30-37.
3. Матвеева Л.А. Местная защита респираторного тракта у детей. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1993. 276 с.
4. Медицинские лабораторные технологии: руководство по клинической лабораторной диагностике; в 2-х т. / под ред. А.И.Карпищенко. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. Т.1. 472 с.
5. Некрасов Э.В., Приходько А.Г., Перельман Ю.М. Секреторно-экссудативная реакция слизистой носа на воздействие холодного воздуха у больных бронхиальной астмой // Бюллетень сибирской медицины. 2017. Т.16, №2. С.146-158. doi: 10.20538/1682-0363-2017-2146-158
6. Приходько А.Г., Перельман Ю.М., Колосов В.П. Гиперреактивность дыхательных путей. Владивосток: Дальнаука; 2011. 204 с.
7. Целуйко С.С. Ультраструктурная организация мукоцилиарного клиренса в норме и при холодовом воздействии // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2009. Вып.33. С.7-12.
8. Целуйко С.С., Красавина Н.П., Семенов Д.А., Чжоу С.Д., Ли С. Гистохимическая характеристика углеводных соединений в воздухоносном отделе легких крыс под действием холодного воздуха // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2012. Вып.46. С.69-76.
9. Чикина С.Ю., Белевский А.С. Мукоцилиарный
клиренс в норме и при патологии // Атмосфера. Пульмонология и аллергология. 2012. №1. С.2-5.
10. Bakakos P., Schleich F., Alchanatis M., Louis R. Induced sputum in asthma: From bench to bedside // Curr. Med. Chem. 2011. Vol.18, №10. P.1415-1422. doi: 10.2174/092986711795328337
11. Braiman A., Priel Z. Efficient mucociliary transport relies on efficient regulation of ciliary beating // Respir. Physiol. Neurobiol. 2008. Vol.163, №1-3. Р.202-207. doi: 10.1016/j.resp.2008.05.010
12. Bystrom J., Kawa A., Bishop-Bailey D. Analysing the eosinophil cationic protein - a clue to the function of the eosinophil granulocyte // Respir. Res. 2011. Vol.12. №1. Р.10. doi:10.1186/1465-9921-12-10
13. Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention (Updated 2017). URL: http://www.ginasthma.com.
14. Lu W., Lillehoj E.P., Kim K.C. Effects of dexam-ethasone on Muc5ac mucin production by primary airway goblet cells // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2005. Vol.288, №1. Р.52-60. doi: 10.1152/aj-plung.00104.2004
15. Rose M.C., Voynow J.A. Respiratory tract mucin genes and mucin glycoproteins in health and disease // Physiol. Rev. 2006. Vol.86, №1. Р.245-278. doi: 10.1152/physrev.00010.2005
16. Theoharides Т.С., Alysandratos K.D., Angelidou А., Delivanis D.A., Sismanopoulos N., Zhang В., Asadi S., Vasiadi М., Weng Z., Miniati А., Kalogeromitros D. Mast cells and inflammation // Biochim. Biophys. Acta. 2012. Vol.1822, №1. Р.21-33. doi: 10.1016/j.bbadis.2010.12.014
REFERENCES
1. Krasavina N.P., Tseluiko S.S., Dorovskih VA. Respiration mast cells (literature review). Bülleten'fiziologii i patologii dyhaniä 2004;19:74-79 (n Russian).
2. Lutsenko M.T., Odireev A.N., Perelman J.M., Shma-tok M.I. Etiopathogenesis of mucociliary insufficiency in bronchial asthma. Bülleten' fiziologii i patologii dyhaniä 2014; 54:30-37 (in Russian).
3. Matveeva L.A. Local protection of the respiratory tract in children. Tomsk; 1993 (in Russian).
4. Karpishchenko A.I., editor. Medical laboratory technologies. Moscow: GEOTAR-Media; 2012 (in Russian).
5. Nekrasov E.V., Prikhodko A.G., Perelman J.M. Secretion, exudation and oxidative stress in the nasal mucosa of asthma patients. Bulletin of Siberian Medicine 2017; 16(2):146-158 (in Russian). doi:10.20538/1682-0363-2017-2-146-158
6. Prikhodko A.G., Perelman J.M., Kolosov V.P. Airway hyperresponsiveness. Vladivostok: Dal'nauka; 2011 (in Russian).
7. Tseluyko S.S. Ultrastructural organization of mu-cociliary clearance in norm and under the cold influence
Bülleten' fiziologii i patologii dyhaniä 2009; 33:7-12 (in Russian).
8. Tseluyko S.S., Krasavina N.P., Semenov D.A., Zhou X.D., Li Q. Histochemical characteristics of carbohydrate compounds in the airway of rats lungs under exposure to
cold. Bülleten' fiziologii ipatologii dyhaniá 2012; 46:6976 (in Russian).
9. Chikina S.Yu., Belevskiy A.S. Mucociliary clearance in normal and pathological conditions. Atmosfera. Pul'-monologiya i allergologiya 2012; (1):2-5 (in Russian).
10. Bakakos P., Schleich F., Alchanatis M., Louis R. Induced sputum in asthma: From bench to bedside. Curr. Med. Chem. 2011;18(10):1415-1422. doi:10.2174/ 092986711795328337
11. Braiman A., Priel Z. Efficient mucociliary transport relies on efficient regulation of ciliary beating. Respir. Physiol. Neurobiol. 2008; 163(1-3):202-207. doi:10.1016/j.resp.2008.05.01
12. Bystrom J., Kawa A., Bishop-Bailey D. Analysing the eosinophil cationic protein - a clue to the function of the eosinophil granulocyte. Respir. Res. 2011; 12(1):10. doi:10.1186/1465-9921-12-10
13. Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention (Updated 2017). Available at: www.ginasthma.com.
14. Lu W., Lillehoj E.P., Kim K.C. Effects of dexam-ethasone on Muc5ac mucin production by primary airway goblet cells. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2005; 288(1):52-60. doi:10.1152/ajplung.00104.2004
15. Rose M.C., Voynow J.A. Respiratory tract mucin genes and mucin glycoproteins in health and disease. Physiol. Rev. 2006; 86(1):245-278. doi:10.1152/ physrev.00010.2005
16. Theoharides T.C., Alysandratos K.D., Angelidou A., Delivanis D.A., Sismanopoulos N., Zhang B., Asadi S., Vasiadi M., Weng Z., Miniati A., Kalogeromitros D. Mast cells and inflammation. Biochim. Biophys. Acta 2012; 1822(1):21-33. doi: 10.1016/j.bbadis.2010.12.014
Поступила 25.04.2018
Контактная информация Алексей Борисович Пирогов, кандидат медицинских наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории профилактики неспецифических заболеваний легких,
Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания,
675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22.
E-mail: [email protected] Correspondence should be addressed to Aleksey B. Pirogov,
MD, PhD, Associate professor, Senior staff scientist of Laboratory of Prophylaxis of Non-Specific Lung Diseases, Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration, 22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000, Russian Federation.
E-mail: [email protected]
