CC BY
37
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
© Коллектив авторов, 2012 УДК 616.65-002:616.65-007
МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖЕЛЕЗ ТРАХЕИ И БРОНХОВ У КУРЯЩИХ И НЕКУРЯЩИХ МУЖЧИН ЗРЕЛОГО ВОЗРАСТА
Е.В. Колесникова1, Е.И. Сидорова1, Л.П. Михайлова1, О.В. Макарова'2
'НИИ морфологии человека РАМН, г. Москва 2Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра клеточной биологии и гистологии, г. Москва
В работе проведено макроскопическое, гистологическое и морфометрическое исследование желез трахеи и бронхов у курящих и некурящих мужчин зрелого возраста. Показано, что у курящих мужчин количество выводных протоков желез в трахее, правом главном и нижнедолевом бронхе в 3-4 раза выше, чем у некурящих мужчин. У курящих мужчин по сравнению с некурящими выявлено достоверное увеличение в правом главном и долевом бронхах объемной доли бронхиальных желез и слизистых ацинусов. Полученные данные могут служить доказательством того, что у курильщиков увеличивается число желез, а не только их объемная доля в стенке бронхов.
Ключевые слова: курение, железы трахеи и бронхов, зрелый возраст, мужчины.
Курение среди мужчин широко распространено, в различных регионах курение табака среди мужчин варьирует от 53 до 82% (Антонов Н.С., 2008).Табачный дым оказывает непосредственное повреждающее воздействие на органы дыхания, он содержит более 4000 различных токсических веществ, таких как канцерогены (N-нитрозоамины, ароматические углеводороды), аммоний, окись азота, цианид водорода, СО, никотин и многие другие (Haustein K., 2003). Температура горящей зоны сигареты составляет около 9000С, а вдыхаемый дым состоит из газовой фазы и фазы твердых частиц размером от 0,1 до 1,0 мкм. Наиболее токсичными веществами, находящимися в твердой фазе табачного дыма, являются никотин, бензпирен и другие циклические углеводороды. Газовая фаза содержит угарный газ, аце-тальдегид, ацетон, метанол, окись азота, цианид водорода, акролеин и другие вещества. В газовой фазе одной затяжки содержится 1015 радикалов, а в твердой
фазе - 1018 (Muller et al., 1995)]. Токсические вещества и кислородные радикалы табачного дыма оказывают непосредственное повреждающее воздействие, в первую очередь, на дыхательную систему и ее воздухопроводящие отделы. По данным литературы у курящих лиц даже без клинических проявлений хронической обструктивной болезни легких при морфологическом исследовании выявляется хронический катаральный бронхит (Бармина, 1991; Непомнящих, 2005). Необходимо отметить, что работы, посвященные действию табачного дыма на воздухопроводящую систему, выполнены в основном на биопсийном или операционном материале лиц, страдающих заболеваниями легких. Такой подход не позволяет исследовать у здоровых лиц все структурные компоненты стенки трахеи и разных уровней бронхов, в том числе железы подслизистой оболочки. Известно, что при развитии катарального бронхита наблюдается гиперплазия бронхиальных
желез, однако механизм ее недостаточно изучен. Предполагается, что сигаретный дым вызывает повышение уровня цитоки-нов и факторов роста, которые в свою очередь могут вызывать пролиферацию и дифференцировку камбиальных клеточных элементов бронхиальных желез (Zhu J. et al., 2001; Liu X. et al., 2004). Подобные исследования в основном выполняются in vitro. Публикации, посвященные морфологическим особенностям бронхиальных желез на разных уровнях генерации бронхиального дерева в зависимости от возраста немногочисленны, и в этих работах не учитывается фактор курения и пол (Сапин М.Р. и др, 2001). Таким образом, цель работы - сравнительное морфологическое исследование желез трахеи и хрящевых бронхов у курящих и некурящих мужчин зрелого возраста.
Материалы и методы
Проводили забор аутопсийного материала трахеи и хрящевых бронхов на базе 1 танатологического отделения Департамента Здравоохранения г. Москвы.
В работе использован материал от 27 мужчин в возрасте от 47 до 60 лет. Причинами смерти были в 14 случаях острая сердечно-сосудистая недостаточность, в 5
- травма несовместимая с жизнью, в 5 -механическая асфиксия, в 1 - электротравма, в 2 - кровопотеря, несовместимая с жизнью. В качестве контрольной группы использован материал от 12 некурящих мужчин, возраст которых составил -51,0±2,7 лет. Возраст курящих мужчин (15 наблюдений) составил 53,5±2,5. По информации, полученной от родственников, длительность курения колебалась от 10 до 20 лет, число выкуриваемых сигарет с фильтром составляло 1,5-2 пачки в день. Во всех наблюдениях на основании мак-ро-и микроскопического исследования легких и других органов были исключены воспалительные и опухолевые заболевания. Проводили раздельное взвешивание сердца, желудочковый индекс во всех наблюдениях составил 0,4-0,6.
Правое легкое фиксировали забуфе-ренным по Лилли 10% нейтральным фор-
малином путем наливки его через легочную артерию с помощью аппарата Боброва под давлением 25мм.рт.ст. После наливки легкие помещали в сосуд с 10% нейтральным формалином. Вырезали фрагменты (длиной 0,5-0,7см) мембранозной части трахеи, правого главного и нижнедолевого бронхов.
Для макроскопического исследования бронхиальных желез фрагменты трахеи и бронхов помещали на 48 часов в раствор, содержащий 96% этанол (60 мл) и ледяную уксусную кислоту (40 мл). В дальнейшем материал экспонировали в
0,1% водном растворе альцианового синего в течение 1 сут. Проводили подсчет количества выводных протоков желез трахеи, правого главного и нижнедолевого бронхов под стереоскопическим микроскопом (ув.7) на стандартной площади поверхности слизистой оболочки - 1см2.
Для гистологического исследования кусочки бронхов проводили по спиртам восходящей концентрации, заливали в парафин и изготавливали серийные срезы, которые окрашивали гематоксилином и эозином. При морфометрическом исследовании гистологических препаратов методом точечного счета с помощью сетки Г.Г. Автандилова (1980) в стенке бронхов оценивали объемную плотность желез, мышечной пластинки, соотношение слизистых и серозных ацинусов. Перед проведением статистического анализа полученные количественные данные проверили на характер распределения случайных величин с помощью критерия Колмогорова-Смирнова. Дальнейшая обработка данных проводилась с помощью непараметрических методов, статистическую значимость различий оценивали по И-критерию Манна-Уитни. Данные измерений в таблицах представлены в виде медианы и квартального размаха (Ме (25 Ь; 75 и)).
Результаты и их обсуждение
По данным количественной оценки числа выводных протоков желез трахеи и бронхов на площади 1 см2 у некурящих мужчин наиболее высокий показатель
числа выводных протоков был выявлен в главном бронхе и составил 16 (13;20) (табл.1), в долевом бронхе показатель числа выводных протоков был достоверно ниже 10 (8;14). Показатели числа выводных протоков желез в главном бронхе и трахее статистически значимо различались. У курящих мужчин показатели чис-
ла выводных протоков желез в трахее, главном и долевом бронхе были достоверно выше, чем у не курящих мужчин. Наибольшее число протоков бронхиальных желез у курильщиков отмечено в главном бронхе (51 (39;60)), наименьшее
- в нижнедолевом (табл.1).
Таблица 1
Количество выводных протоков желез трахеи и бронхов разных генераций у курящих и некурящих мужчин зрелого возраста,
Ме (25 Ь; 75Ц), п - число наблюдений
Отдел воздухопроводящей системы Некурящие мужчины, п=12 Курящие мужчины п=15 Р
Трахея 12 (11;15) (1) 38 (34;44) (2) Р1-2<0,001
Правый главный бронх с? ;2 2 є 0) £ £ т Рз-4<0,001
Правый нижнедолевой 10 (8;14) 26 (24;29) Р5-б<0,001
бронх (5) (6)
Рьз<0,05 Р2-4<0,05
Рз-5<0,001 р4-б<0,05
Р Р1-5<0,05 р2-б<0,05
При микроскопическом исследовании бронхов у некурящих мужчин эпителиальный пласт, выстилающий стенку бронхов, был частично сохранен и представлен многорядным призматическим реснитчатым эпителием. Соотношение бокаловидных и реснитчатых клеток составляло 1:4. Базальная пластинка была тонкой гомогенной эозинофильно окрашенной. Собственная пластинка слизистой оболочки представлена рыхлой волокнистой соединительной тканью с небольшими очагами фиброза. В ней выявлялись диффузно рассеянные лимфоциты и гистиоциты, а также единичные лимфоидные скопления. Концевые отделы желез трахеи и бронхов располагались в подсли-зистой основе, среди ацинусов преобладали серозные (рис.1 А).
У курящих мужчин во всех наблюдениях выявлена морфологическая картина хронического катарального бронхита. Эпителий, выстилающий стенку трахеи и бронхов, был частично сохранен, отмечалась его гиперплазия. Соотношение бокаловидных и
реснитчатых клеток составляло 1:1. Базальная пластинка была утолщена, в собственной пластинке слизистой оболочки отмечены очаги повышенной васкуляризации, наблюдалось умеренно выраженная диффузная и очаговая инфильтрация лимфоцитами и гистиоцитами. Вокруг выводных протоков желез выявлялись лимфоидные скопления. Железы трахеи и бронхов были гипер-плазированы, среди ацинусов преобладали слизистые. Вокруг концевых отделов желез отмечен выраженный диффузно-очаговый фиброз и очаговые разрастания жировой ткани (рис. 1Б).
По данным морфометрического исследования обнаружено, что в стенке главного бронха некурящих мужчин показатель объемной доли желез составил 17 (15;18) (табл. 2). В долевом бронхе этот показатель был достоверно ниже и составил 12,5 (12; 14). Соотношение слизистых и серозных ацинусов и гладко-мышечных клеток в главном и долевом бронхе у некурящих мужчин статистически значимо не различалось.
Рис.1 а. Морфологическая характеристика бронхиальных желез правого главного бронха некурящего. Среди ацинусов преобладают серозные. Вокруг концевых отделов желез наблюдается умеренный фиброз и разрастание жировой ткани. Окраска гематоксилином и эозином; Х 400
По сравнению с некурящими, у курящих мужчин выявлено достоверное увеличение объемной доли бронхиальных желез в главном и долевом бронхе. У курящих мужчин среди ацинусов желез преобладали слизистые, соотношение слизистых и серозных ацинусов в главном и долевом бронхе по сравнению с некурящими было выше (табл. 2). Показатель объемной доли мышечной пластинки в главном бронхе у курящих мужчин по сравнению с некурящими статистически значимо не различался.
Таким образом, у курящих мужчин по сравнению с некурящими выявлено достоверное увеличение объемной доли бронхиальных желез и преобладание слизистых ацинусов среди концевых отделов.
Проведенное нами исследование показало, что при длительном воздействии табачного дыма наблюдается ремоделирование желез трахеи и бронхов, которое характеризуется увеличением числа выводных протоков, гиперплазией секреторных отделов с преобладанием слизистых экзокриноцитов. Полученные данные согласуются с немногочисленными работами (Liu X. et al., 2004; Zhu J. et al., 2007), в
Рис.1 б. Морфологическая характеристика бронхиальных желез правого главного бронха и курящего мужчины. Среди аци-нусов преобладают слизистые, отмечен выраженный фиброз, умеренное разрастание жировой ткани. Окраска гематоксилином и эозином; Х 400
которых также показано развитие гиперплазии желез трахеи и бронхов у курильщиков. В отличие от опубликованных работ по морфологической оценке состояния бронхиальных желез у курильщиков, мы оценивали количество выводных протоков желез на единице площади поверхности слизистой оболочки трахеи и бронхов. Оказалось, что число выводных протоков в трахее и хрящевых бронхах у курильщиков было достоверно выше, чем у некурящих мужчин. Эти данные убедительно доказывают, что у курильщиков увеличивается число желез, а не только их объемная доля в стенке бронхов. Молекулярные механизмы гиперплазии желез подслизистого слоя трахеи и бронхов неизвестны. В настоящее время изучается действие сигнальных молекул, таких как Lef-1 (транскрипционный фактор), белков Wntl, 2, 3a, 4,5a и др. (известно, что повышение уровня экспрессии этих белков в процессе развития желез) на регенерацию и новообразование желез (Liu et. Al., 2008). Предполагается, что эпителий выводных протоков желез трахеи и бронхов служит нишей для предшественников покровных эпителиальных клеток и клеток
секреторных отделов желез (Liu X. et al., 2004; Liu et. al, 2008). Показано, что у курильщиков наблюдается увеличение числа плазматических и тучных клеток в ме-жацинарной соединительной ткани желез, а также повышенная экспрессия интер-
лейкина 4, интерлейкина 5 (7Ии I, 2007). Вероятно, повышенная экспрессия этих факторов может приводить к пролиферации малодифференцированных клеток и формированию новых желез в подслизи-стой трахеи и бронхов.
Таблица 2
Сравнительная оценка морфометрических параметров правого главного и долевого бронхов у курящих и некурящих мужчин зрелого возраста, Ме (25Ь; 75Ц), п- число наблюдений
Отдел воздухопроводящей системы Структурные элементы Некурящие мужчины, n=12 Курящие мужчины, n=15 p
Мышечная пластинка 5,5 (5;6) (1) ;9) ) 8 p1-2<0,01
Бронхиальные железы 17 (15; 18) (3) 25 (24;28) (4) p3-4<0,01
Правый главный бронх Слизистые ацинусы ;7) 6; ) w «Л 18,5 (17;20) (6) p5-6<0,001
Серозные ацинусы 2,5 (2;3) (7) ;3) ) 00 2 p7-8>0,05
Слиз/сероз ацинусы 2 (2; 3) (9) 5) ,5 p9-10<0,001
Мышечная пластинка 5 (5;6) (11) 6) ) & Д 6 ( pn-12>0,05
Правый нижнедолевой бронх Бронхиальные железы 12,5 (12;14) (13) 19,5 (19;24) (14) p13-14<0,001
Слизистые ацинусы ;7) ) ,5 (1 6, 17 (15;19) (16) p15-16<0,001
Серозные ацинусы ;3) ) (2; 17 2 ( 1 (1;2) (18) p17-18<0,05
Слиз/сероз ацинусы 3 (2;3) (19) 13 (9; 18) (20) p19-20<0,001
Р p1-11>0,05 Р3-13<0,05 p5-15>0,05 p7-17>0,05 Р9-19>0,05 Р2-12<0,001 Р4-14<0,05 p6-16>0,05 p8-18>0,05
Выводы
1. У курящих и некурящих мужчин зрелого возраста число выводных протоков желез в правом главном бронхе выше, чем в трахее и нижнедолевом бронхе. У курящих мужчин количество выводных протоков желез в трахее, правом главном и нижнедолевом бронхе в 3-4 раза выше, чем у некурящих мужчин.
2. У некурящих мужчин в правом главном бронхе, по сравнению с нижнедо-
левым, показатель объемной доли желез был статистически значимо выше, а показатели объемной доли мышечной пластинки, слизистых и серозных ацинусов статистически значимо не различались. У курящих мужчин по сравнению с некурящими выявлено достоверное увеличение в обоих бронхах объемной доли бронхиальных желез, слизистых ацинусов и показателя соотношения слизистых и серозных ацинусов.
Литература
1. Автандилов Г.Г. Введение в количественную патологическую морфологию / Г.Г. Автандилов. - М.: Медицина, 1980. - 216 с.
2. Антонов Н.С. Хроническая обструктивная болезнь легких / Н.С. Антонов; под ред. А.Г. Чучалина. - М.: Изд-й дом «Атмосфера», 2008. - 367 с.
3. Бармина Г.В. Морфология первичного хронического бронхита: гистохимическое, электронно-микроскопическое и морфометрическое исследование слизистой оболочки бронхов: дис. канд. мед. наук / Г.В. Бармина. - М., 1991. -164 с.
4. Непомняшдх Г.И. Биопсия бронхов: морфогенез общепатологических процессов в легких / Г.И. Непомнящих. -М.: Изд-во РАМН, 2005. - 384 с.
5. Сапин М.Р. Малые железы пищеварительной и дыхательной системы./ Д.Б. Никитюк, В.Б. Шадлинский, Н.Т. Мов-сумов. - М.; Элиста: АПП Джангар, 2001. - 136 с.
6. Haustein K.-O. Tobacco or health / K. Haustein. - N.Y.: Springer, 2003.
MORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS OF HUMAN TRACHEA AND BNOCHI GLANDS OF SMOKING AND NON-SMOKING ADULT MEN
E.V. Kolesnicova, E.I. Sidorova, L.P. Mihailova, O.V. Makarova
This work describes macroscopic, hystological and morphometrical study of human trachea and bronchi glands of smoking and non-smoking adult men. The study shows that number of excretory ducts of the glands in trachea, main right and distal bronchus is 3-4 times larger for smokers, rather that for non-smokers. Also, a growth of volumetric fraction of bronchial glands and mucous acini in main right and common bronchi was reliably identified for smokers versus non-smokers. These findings indicate that smoking not only increases the volumetric fraction of glads in bronchial wall, but also leads to growth of number of glands.
Key words: smoking, glands of human trachea and bronchi, adult, men.
Сидорова Екатерина Игоревна - к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории пульмонологии Института морфологии человека РАМН, г. Москва.
E-mail: [email protected].
7. Muller B. Impaired action of thyroid hormone associated with smoking in women with hypothyroidism / H. Zulewski [et al.] // N. Engl. J. Med. - 1995.
- Vol. 333. - P. 964-969.
8. Liu X. Airway glandular development and stem cells / Driskell R.R, Engelhardt J.F. // Curr. Top. Dev. Biol. - 2004. -№64. - P. 33-56.
9. Liu X1. The Glandular Stem/Progenitor Cell Niche in Airway Development and Repair / John F. Engelhardt // Proc. Am. Thorac. Soc. - 2008. - Vol. 5. - P. 682688.
10. Zhu Y. Cultured human airway epithelial cells (Calu-3): a model of human respiratory function, structure, and inflammatory responses/ A. Chidekel, T. H. Shaffer // Critical care research and practice. -2010. -Vol. 2010. - P. 8.
11. Zhu J. Plasma cells and IL-4 in chronic bronchitis and chronic obstructive pulmonary disease / Y. Qiu [et al.] // Am. J. Respir. Crit. Care. Med. - 2007. - Vol. 175, № 11. - P. 1125-1133.
