CC BY
46
Патогенез, патология и экономический ущерб
УДК 619:616.995.132.6
ПАТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И КОМПЕНСАТОРНО-ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ КРЫС ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ТРИХИНЕЛЛЕЗЕ
К.А. ДЖИВАНЯН1 доктор биологических наук С.О. МОВСЕСЯН2,3 академик НАН Армении А.Ф. КАРАПЕТЯН1, Р.А. ПЕТРОСЯН3, Ф.А. ЧУБАРЯН3, М.А. НИКОГОСЯН3, И.М. ОДОЕВСКАЯ4
кандидаты биологических наук 1 Ереванский государственный университет 2 Центр паразитологии ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН, e-mail: movsesyan@list. ru 3 Институт зоологии Научного центра зоологии и гидроэкологии
НАН Армении
4 Всероссийский научно-исследовательский институт гельминтологии им. К.И. Скрябина, e-mail: [email protected]
Описаны патоморфологические и зашитно-приспособительные изменения в тонкой кишке, селезенке и печени крыс при экспериментальном трихинеллезе. В стенке тонкой кишки в течение 38 сут отмечали воспаление, сопряженное с активацией механизмов адаптивного иммунитета. Реакция селезенки носила защитный характер и была направлена на обеспечение адаптивного иммунитета. Дистрофические изменения печени были ограничены и охватывали главным образом зоны локализации личинок в паренхиме. Компенсаторно-приспособительная реакция печени выражалась в уменьшении числа двуядерных клеток, способствующее увеличению тканевого генома в данном органе.
Ключевые слова: трихинеллез, крысы, патоморфоло-
гия.
Трихинеллез - болезнь человека и млекопитающих, вызываемая нематодами Trichinella spiralis. Развитие как взрослых, так и личиночных стадий T. spiralis проходят в одном животном. Половозрелая трихинелла паразитирует в слизистой оболочке тонкой кишки, где самки выделяют личинки. С током крови и лимфы личинки попадают в поперечно-полосатые мышцы (за исключением миокарда) и инкапсулируются. Человек и млекопитающие заражаются трихинеллезом при употреблении мяса, содержащего инкапсулированные личинки трихинелл. Вскоре после заглатывания в желудке личинки высвобождаются из своих капсул и мигрируют в слизистую оболочку тонкой кишки, где происходит их созревание и копуляция. Самцы погибают, а живородящая самка в течение недели отрождает личинок (длиной 100 и шириной 6 мкм), которые проникают в сосудистое русло и разносятся по всему организму.
В литературе имеются многочисленные данные исследований, посвященных изучению этиологии и патогенеза данного заболевания, а также ха-
рактера защитных реакции организма, направленных на осуществление прямого воздействия на циркулирующие личинки, подавление репродуктивной функции у самок, а также на изгнание взрослых паразитов из кишечника [13, 5, 7, 8]. Некоторые исследователи предполагают участие тучных клеток в борьбе против взрослых T. spiralis и подавлении их личинок [4]. В литературе имеются данные об участии в иммунном ответе против T. spiralis эозинофи-лов, В- и Т-лимфоцитов. Изучена роль ИЛ-4 в развитии иммунного ответа при помощи Th2 клеток [6].
Целью работы было изучение динамики гистоморфологических изменений, развивающихся в тонкой кишке, селезенке и печени при экспериментальном трихинеллезе у крыс.
Материалы и методы В работе использовано 15 белых беспородных крыс 2,5-3-месячного возраста массой 180-240 г (12 зараженных и 3 контрольных, свободных от инвазии). Подопытных крыс заражали инвазионными личинками T. spiralis в дозе 10 мг/г массы тела животного. В каждый срок вскрывали 3 зараженных и одну контрольную крысу. Для гистологического исследования через 7, 15, 38 и 48 сут после заражения брали образцы печени, селезенки и тонкой кишки. Образцы органов 6 незараженных крыс служили контролем. Материал фиксировали в жидкости Буэна и подвергали гистологической обработке. Парафиновые срезы толщиной 4-5 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, по Паппенгейму, импрегнировали серебром по Футу. На срезах селезенки точечным методом определяли объемные соотношения между белой и красной пульпами, в печени подсчитывали число двуядерных клеток, в криптах тонкой кишки вычисляли митотический индекс клеток. Полученные цифровые данные обрабатывали статистическим методом с определением средних значений изученных параметров и средних ошибок. Достоверность различий между показателями определяли при помощи таблицы Стъюдента.
Результаты и обсуждение В тонкой кишке, селезенке и печени зараженных крыс выявлены пато-морфологические и адаптивно-компенсаторные изменения; изучена их динамика. В стенке тонкой кишки через 7 сут после заражения заметны деструктивные явления и признаки воспаления. Апикальные части некоторых ворсинок имели деструктивные изменения: эпителий местами был дископлексиро-ван; наблюдали распад и экструзию большого числа энтероцитов, а также отек и лимфостаз в собственной пластинке. Высота эпителия в этих ворсинках в целом была заметно увеличена вследствие удлинения клеток. Местами, на боковых поверхностях ворсинок, энтероциты образовали небольшие впя-чивания. Реактивные изменения эпителия ворсинок выражались также в значительном уменьшении митотической активности клеток в области крипт и их устьев. Митотический индекс клеток составлял 1,9 % против 2,8 % в контроле (табл. 1). В криптах часто отмечали апоптоз энтероцитов.
1. Изменение митотической активности клеток в криптах тонкой кишки крыс при экспериментальном трихинеллезе в разные сроки после заражения
Срок опыта, сут
Количество животных
Митотический индекс %
M±m
Р
Контроль 7 15 38 48
2,8±1,7 1,9±0,6 4,2±0,5 3,6±1,08 3,1±0,8
< 0,05
< 0,05
> 0,05
> 0,05
К числу защитных реакций, наблюдаемых в тонкой кишке подопытных животных, можно отнести усиление слизеотделения на люминальной поверхности ворсинок, вследстие чего бокаловидные клетки были в большинстве свом опустошены. Собственная пластинка слизистой оболочки содержала много клеточных элементов - макрофагов, лимфоцитов, эозинофильных лейкоцитов (рис. 1).
Рис. 1. Макрофаги в слизистой оболочке ворсинок тонкой кишки зараженных крыс (окраска гематоксилином и эозином, ув. 20 х 15)
Макрофаги при окрашивании препарата по Паппенгейму хорошо выделялись благодаря азурофильной зернистости, густо расположенной в их цитоплазме. Они были увеличены в размерах, в большинстве своем удлинены. Макрофаги внедрялись также в эпителиальный пласт, проникая между энте-роцитами. В составе эпителия было заметно увеличено также число лимфоцитов, которые располагались между базальными частями энтероцитов, образуя почти сплошной ряд.
Подслизистая основа стенки кишечника через 7 сут после заражения проявляла признаки отечности (рис. 2). Мышечная оболочка стенки кишечника также была отечна и разрыхлена. В ней появились многочисленные щели, которые возникали, вероятно, на путях миграции личинок паразита через стенку кишечника.
У
. !
пш
Рис. 2. Фрагмент стенки тонкой кишки крысы через 7 сут после заражения (окраска по Паппенгейму, ув. 20 х 15)
Через 15 сут после заражения деструктивные изменения в стенке тонкой кишки подопытных крыс, вызванные миграцией личинок паразита, сохранялись. Высота эпителиального пласта нормализовалась, но все еще встречались погибающие энтероциты. В этот срок эксперимента в тонкой кишке более выраженными стали явления, связанные с защитной реакцией хозяина. Отчетливо проявлялись признаки воспаления. В результате продолжающейся сосудистой реакции слизистая и мышечная оболочки стенки кишечника по-прежнему были отечны. В составе эпителия существенно увеличилось число слизистых клеток, которые были заполнены секретом. Ворсинки обильно покрыты слизью. Апикальные части поврежденных ворсинок плотнее слипались между собой. Местами поверхность поврежденных ворсинок покрывалась тонким слоем фиброзной ткани (рис. 3).
Рис. 3. Слой фиброзной ткани, спаивающий апикальные части поврежденных ворсинок (окраска гематоксилином и эозином, ув. 20 х 10)
В собственной пластинке и в подслизистой основе слизистой оболочки в этот срок опыта присутствовало много нейтрофилов, были также эозинофилы и макрофаги. Активному функционированию механизмов естественного иммунитета способствовали процессы адаптивного иммунитета, развивающегося против паразита. Они выражались в первую очередь в наличии большого числа лимфоцитов в слизистой оболочке кишечника. Известно, что в слизистой оболочке кишечника обычно преобладают Т-лимфоциты, способствующие разитию воспалительной реакции, образованию плазматических клеток и продукции антител. Через 15 сут после заражения в собственной пластинке слизистой оболоки тонкой кишки, непосредственно под эпителием ворсинок, обнаружено много плазматических клеток (рис. 4). Они встречались также в подслизистой основе. Такое расположение плазматических клеток связано с тем, что эпителиальные клетки принимают участие в формировании и выделении в просвет кишечника иммуноглобулина А, который, по-видимому, играет важную роль в гуморальном иммунитете против антигенов данного паразита. Отражением этих процессов было также увеличение лимфатических узелков в собственной пластинке кишечника, встречающихся также в самих ворсинках. Помимо деструктивных изменений и защитно-приспособительных реакций через 15 сут после заражения в стенке кишечника наблюдали также активацию по сравнению с контролем митотического деления мало-дифференцированных энтероцитов не только в области крипт, но также и их устьев. Митотический индекс клеток в этих зонах эпителия составлял 4,2 % против 2,8 % в норме.
L
i v Ч
Рис. 4. Плазматические клетки в собственной пластинке слизистой оболочки (окраска по Паппенгейму, ув. 40 х 15)
Через 38 сут после заражения в кишечнике продолжались защитные реакции, проявлялись также деструктивные изменения. Воспаление перешло в хроническую фазу. В собственной пластинке слизистой оболочки обнаружено много лимфоцитов, плазматических клеток и макрофагов, которые, по-видимому, размножались, судя по наличию в данной зоне единичных митозов этих клеток. Пролонгорованию воспалительных процессов способствовали тучные клетки, которые в довольно большом количестве располагались в подслизистой основе. Тучные клетки встречались также в мышечной оболочке. Большинство из них были дегранулированы, что указывает на активную секрецию ими содержимого цитоплазматиеских гранул.
Митотическая активность эпителиальных клеток крипт нормализовалась. В этот срок опыта отечность и лимфостаз были очень заметны не только в слизистой оболочке, но и в мышечной оболочке, где можно было встретить уже зрелых, спиралевидно закрученных паразитов. В некоторой части ворсинок, поврежденных и спаянных между собой апикальными концами, проявлялись атрофические изменения: энтероциты в них были уплощены, в собственной пластинке встречались эозинофилы, которые располагались непосредственно под эпителием, на путях к выходу в просвет кишечника. Плазматических клеток в собственной пластнке стало меньше и они в основном были расположены у апикальных концов ворсинок, под эпителием.
Через 48 сут после заражения реактивные явления в стенке тонкой кишки спадали, хотя сохранялась некоторая отечность, в собственной пластинке было все еще много лимфоцитов. Поврежденные участки слизистой оболочки зарубцевались, а на месте сильно поврежденных ворсинок встречались очаги гиалинизированных тканей. Митотическая активность эпителиальных клеток была на уровне контроля.
Нами установлено, что на инвазию и инфицирование организма T. spiralis активно реагирует селезенка - орган, выполняющий первостепенную роль в образовании антител против чужеродных антигенов.
Реактивные изменения селезенки через 7 сут после заражения проявлялись, в первую очередь, в полнокровии и расширении просветов венозных синусов в красной пульпе. Это особенно отчетливо можно было увидеть на препаратах, импрегнированных серебром, когда выявляли ретикулярные каркасы, оплетающие синусоиды. Причем, в этот срок опыта ретикулярные волокна проявляли признаки деструктивных изменений: они были частично фрагментированы и огрубевшие. По соседству с синусами встречали иногда аргентофильные фагоцитирующие клетки. В красной пульпе появилось много адипоцитов.
Защитная реакция организма на инвазию T. spiralis в этот срок опыта проявлялась в селезенке в резком увеличении числа береговых барьерных клеток (рис. 5). Они образовали клеточные тяжи и скопления по соседству с трабекулами, встречались таже в маргинальной зоне белой пульпы. Эти клетки редко располагались в одиночку, обычно они образовывали группы из 1015 клеток, что указывает на их клональное происхождение.
Ш
Рис. 5. Береговые клетки в селезенке зараженных крыс (окраска по Паппенгейму, ув. 40 х 15)
Другим провлением защитной реакции организма на инвазию T. spiralis в этот срок опыта можно считать увеличение в селезенке относительного объема как В-, так и Т-зон белой пульпы (табл. 2).
2. Изменение относительного объема Т- и В-зон красной пульпы в селезенке
кроликов при экспериментальном трихинеллезе в разные сроки __после заражения_
Срок Относительный объем пульпы, %
опыта, белой красной
сут Т-зона В-зона
M±m Р M±m Р M±m Р
Контроль 7 15 38 48 4,4±0,37 7,8±0,23 12,5±1,02 9,4±1,32 10,5±1,74 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 15,7±2,32 24,2±3,45 21,2±2,54 23,8±3,56 12,9±2,64 < 0,05 < 0,05 < 0,05 > 0,05 79,90±3,24 68,1±3,52 66,3±2,58 66,7±3,78 76,6±4,52 < 0,05 < 0,05 < 0,05 > 0,05
Через 15 сут после заражения в селезенке сохранялись расширенность и полнокровие венозных синусов. В красной пульпе сильно увеличено число макрофагов (рис. 6). При импрегнации препарата серебром заметно, что эти клетки непосредственно контактируют с базальными мембранами венозных синусов. Они крупные, отростчатые, с хорошо выраженной крупной азуро-фильной зернистостью в цитоплазме, что указывает на активно протекающие в них процессы фагоцитоза. Но число береговых клеток по сравнению с предыдущим сроком эксперимента в селезенке значительно уменьшено. Они располагались разрозненно, главным образом, по соседству с трабекулами. Относительный объем белой пульпы в селезенке в этот срок эксперимента был увеличен и, главным образом, за счет роста объема Т-зоны.
Рис. 6. Увеличение числа макрофагов в селезенке зараженных крыс (импрегнация серебром по Футу, ув. 20 х 15)
Через 38 сут после заражения в селезенке подопытных крыс все еще проявлялась высокая активность макрофагов. Относительный объем белой пульпы в статистически достоверной степени превышал норму.
В последний срок наблюдений, через 48 сут поле заражения, реактивные изменения селезенки в основном продолжали проявляться, но число макрофагов и береговых клеток по сравнению с предыдущими сроками опыта было уменьшено. Относительный объем В-зоны белой пульпы был в норме; морфологически установлено значительное уменьшение ее клеточности - среднего числа клеток в одном поле зрения микроскопа. Относительный объем Т-зоны все еще превышал норму.
Как известно, личинки T. spiralis во время своей миграции по кровеносному руслу проходят также через печень, попадая в ее паренхиму. Через 7 сут после заражения мигрирующих личинок в печени не обнаружили, однако реакция органа на инвазию была выражена в виде дегенеративных изменений у некоторых клеток. Редко наблюдали также очаговый некроз тканей, в отдельных гепатоцитах обнаруживали апоптические тела (рис. 7).
Рис. 7. Некроз тканей печени зараженных крыс (окраска по Паппенгейму, ув. 20 х 10)
Через 15 сут после заражения реактивные изменения в печени стали более выраженными. В междольковых соединительнотканных прослойках органа в этот срок опыта обнаружено много тучных клеток, редко встречались также эозинофильные лейкоциты (рис. 8). Тучные клетки находили также в паренхиме органа, по ходу синусоидов. В дольках, по соседству с центральной веной, установлены скопления макрофагов.
Рис. 8. Тучные клетки в междольковой соединительнотканной прослойке печени зараженных крыс (окраска по Паппенгейму, ув. 40 х 15)
Через 15 сут после заражения мигрирующих личинок T. spiralis обнаруживали как в венах, так и в паренхиме печени. На месте расположения личинок в паренхиме возникали очаги кровоизлияния, некроз окружающих клеток, дискомплексация печеночных балок (рис. 9). По соседству с этими зонами располагались гепатоциты с пикнотически измененными ядрами, лимфоциты и фибробласты, однако процессов острого воспаления не отмечено.
Рис. 9. Личинка T. spiralis в паренхиме печени (окараска по Паппенгейму, ув. 20 х 15)
В том случае, когда личинки в печени проходили по вене, в соединительной ткани, сопровождающей данный сосуд, установлено много макрофагов, тучных клеток; встречались единичные нейтрофилы, а в прилежащей паренхиме синусоиды были расширены и полнокровны (рис. 10).
Через 15 сут после заражения в печени значительно уменьшилось число двуядерных гепатоцитов (табл. 3). Это указывет на активацию пролиферативных
процессов в печени, так как считается, что двуядерные клетки в печени, делясь, служат источником для образования клеток с большей плоидностью.
3. Изменения в числе двуядерных гепатоцитов в печени крыс при экспериментальном трихинеллезе в разные сроки после заражения
Срок опыта, сут
Число животных
Число двуядерных гепатоцитов, %
M±m
Контроль 7 15 38 48
40,5±2,23 38,7±1,45 25,7±0,98 16,5±1,24 39,6±3,28
> 0,05
< 0,05
< 0,05
> 0,05
Через 38 сут после заражения дегенеративных изменений в печени уже не обнаруживали. В отдельных случаях наблюдали стеатоз - увеличение числа липидных включений в гепатоцитах. Остатки задержанных в паренхиме и погибших личинок начинали подвергаться гиалинизации. Инкапсуляции этих масс не отмечено.
Рис. 10. Личинка T. spiralis в просвете вены в печени (окраска гематоксилином и
эозином, ув. 20 х 15)
Через 48 сут после заражения в печени все еще сохранялись гиалинизи-рованные остатки личинок. Гистоструктура органа, также как и число двуядерных гепатоцитов, возвращались к норме.
Таким образом, результаты нашего исследования показали, что при инвазии организма T. spiralis патоморфологические и зашитно-приспосо-бительные изменения были наиболее выражены в стенке тонкой кишки, где в течение 38 сут наблюдали воспаление, сопряженное с активацией механизмов адаптивного иммунитета. Реакция селезенки носила защитный характер и была направлена на осуществление активных процессов адаптивного иммунитета. Дистрофические изменения печени были ограничены, и охватывали лишь зоны локализации личинок в паренхиме. Реакция печени носила компенсаторно-приспособительный характер, о чем, на наш взгляд, свидетельствует уменьшение числа двуядерных клеток, которые, размножаясь, дают начало клеткам с большей плоидностью, тем самым способствуя увеличению тканевого генома в данном органе.
Литература
1. Brown J.K., Knight P.A., Thornton E.M. et al. Tricninella spiralis induces de novo expression of group IVC phospholipase Al2 in the intestinal epithelium // Int. J. Parasitol. - 2008. - V. 38, N 2. - P. 143-147.
2. Dehlawi M.S., Mahida Y.R., Hughes K., Wakelin D. Effects of Trichinella spiralis infection on intestinal pathology in mice lacking interleukin-4 (IL-4) or intestinal trefoil factor (ITF/TFF3) // Parasitol Int. - 2006. - V. 55, N 3. - P. 207211.
3. Fu Y., Wang W., Tong J. et al. Th17: a new participant in gut dysfunction in mice infected with Trichinella spiralis // Mediators Inflamm. - 2009. - 517052.
4. Knighth P., Brown J., Penberton A.D. Innate immune response mechanisms in the intestinal epithelium: potential roles for mast cells and goblet cells in the expulsion of adult Tr. spiralis // Parasitology. - 2008. - V. 135, N 6. - P. 655-670.
5. Luebke R. W. Parasite challenge as host resistence models for immunotoxic-ity testing // Methods Mol. Biol. - 2010. - V. 598. - P. 119-141.
6. Michels C.E., Scales H.E., Saunders K.A. et al. Neither interleukin-4 receptor alpha expression on CD4+ T cells, or macrophages and neutrophils is required for protective immunity to Trichinella spiralis // Immunology. - 2009. - V. 128. -P. 385-394.
7. Walsh R., Seth R. Behnke J., Potten C.S., Mahida I.R. Epithelial stem cell-related alterations in Trichinella spiralis infected small intestine // Cell prolif. -2009. - V. 42,N 3. - P. 394-403.
8. Wang Y.J., Xu D.M., Cui J., Wang Z.Q. Effect of maternal anti-Trichinella antibodies on intestinal worm burden in sucking mice. - 2008. - V. 26, N 6. - P. 446-449.
Pathomorphological and compensatory-adaptive changes in a number of inner organs of rats at experimental trichinellosis
K.A. Givanyan, S.O. Movsesyan, A.F. Karapetian, R.A. Petrosyan, F.A. Chubarian, M.A. Nikogosyan, I.M. Odoevskaya
The results indicate that at trichinellosis pathomorphological and protective-adaptive changes in organs were mostly apparent in intestine wall where for 38 days one could observe inflammatory processes conjugated with activation of adaptive immunity mechanisms. Spleen reaction was of protective character and facilitated active processes of adaptive immunity. Dystrophic changes in liver were limited and embraced only sites of larvae localization in parenchyma. The decrease in a number of binuclear cells which while proliferation give birth to cells with more ploidy thus increasing tissue genome in organ was indicative of compensatory-adaptive character of the liver reaction.
Keywords: trichinellosis, rats, pathomorphology.
