CC BY
30
© Коллектив авторов, 2015 г. УДК 581.1:616-022.7(081/082).
Л.М. Сомова1, Н.Г. Плехова12, Е.И. Дробот1, И.Н. Ляпун1
патоморфологические изменения при экспериментальной
ПСЕВДОТУБЕРКУЛЕЗНОЙ ИНФЕКЦИИ, РАЗВИВШЕЙСЯ НА ФОНЕ ТЕПЛОВОгО СТРЕССА
1 ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова», Владивосток;
2 ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» МЗ РФ, Владивосток.
В работе получены результаты, свидетельствующие о том, что у животных, предварительно подвергнутых тепловому стрессу, проявления экспериментальной псевдотуберкулезной инфекции были более тяжелыми с увеличением показателей летальности в 2,6 раза, по сравнению с животными контрольной группы без теплового стресса. В органах-мишенях (легкое, печень, селезенка) опытных животных отмечалось резкое нарушение гемоциркуляции в сочетании со значительными деструктивными изменениями, характерными для генерализованной инфекции. У погибших животных, на фоне выраженного геморрагического компонента патологического процесса и слабой клеточной воспалительной реакции, наблюдалось истощение органов иммунной системы (делимфатизация), что указывало на снижение защитных реакций организма и развитие иммунодефицита.
Ключевые слова: тепловой стресс, патоморфология, псевдотуберкулез
Цитировать: Сомова Л.М., Плехова Н.Г., Дробот Е.И., Ляпун И.Н. Патоморфологические изменения при экспериментальной псевдотуберкулезной инфекции, развившейся на фоне теплового стресса // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2015. №2(60). С. 28-32. URL: https://yadi.sk/i/1Ddlhw3nfWvW6
В современный период сохраняется высокий уровень инфекционной заболеваемости в мире, что в определенной степени можно связать с глобальными климатическими изменениями и активной миграцией населения в пределах разных географических регионов, поскольку температурный стресс может быть одним из факторов, способных обусловливать снижение антиинфекционной защиты организма. В этой связи представляется перспективным изучение патологии инфекционно-воспалительных процессов с позиций их инициации в условиях дефектной функции иммунной системы. В настоящее время гипертермия, как локальная, так и общая, находится в центре внимания врачей различного профиля. Гипертермия в диапазоне температур от 40 до 44°С чаще всего применяется при лечении больных онкологического профиля в комбинации с традиционными методами и средствами, что способствует повышению показателя 5-летней выживаемости пациентов в 2-2,5 раза [5]. Обращают на себя внимание данные об эффективности применения общей гипертермии как дополнительного средства терапии пациентов с целым рядом неонкологических заболеваний, например, хронических бактериальных и вирусных инфекций [1, 8, 11, 12]. Исследователями показано, что общая гипертермия способствует повышению биоцидной и фагоцитарной активности легочных макрофагов, что может быть использовано при лечении хронических бактериальных инфекций системы внешнего дыхания.
В последнее десятилетие пристальное внимание привлекает проблема окислительного стресса [7],
приводящего к исчерпанию ресурсов адаптации клеток и истощению антиоксидантной защиты на фоне пролонгированного стрессового воздействия. Установлено, что интенсификация окислительных реакций может выступать в качестве дополнительного патогенетического механизма развития заболеваний разного генеза, в том числе и воспалительных [2, 10]. А.В. Ефремовым и соавт. [3] на модели пе-ритонеальной и бронхоальвеолярной лаважной жидкостей крыс-самцов линии Вистар, которые были однократно подвергнуты общей гипертермии, было выявлено смещение равновесия в системе «проок-сиданты - антиоксиданты» в сторону прооксидан-тов, что свидетельствует о развитии окислительного стресса в постгипертермическом периоде.
Цель работы, дать патоморфологическую характеристику органов-мишеней при экспериментальной инфекции, вызванной Yersinia pseudotuberculosis после предварительного воздействия теплового стресса.
Материалы и методы. Эксперимент проведен на 70 беспородных белых мышах весом 15-20 г, которые были разделены на 4 группы: 1-я - ин-тактные, незараженные мыши (контроль 1), 5 шт.; 2-я - незараженные мыши после теплового стресса (контроль 2), 5 шт.; 3-я - мыши, зараженные Y. pseudotuberculosis без предварительного теплового стресса (контроль 3), 30 шт.; 4-я - опытные мыши, зараженные Y. pseudotuberculosis после теплового стресса, 30 шт. Тепловой стресс у мышей воспроизводили по методике [9] в собственной модификации, выдерживая их в термостате при тем-
пературе 37оС в течение 4 часов. Затем животных 3-й и 4-й групп сразу заражали внутрибрюшинно Y pseudotuberculosis в дозе 5х105 м.к. Для заражения взят вирулентный штамм 3260 Y. pseudotuberculosis, содержащий плазмиды 48:82 МДа, ЛД50 которого составила 5*106 м.к.
От животных 1-2 групп и через 1, 2, 3, 7, 14 и 21 суток после заражения от животных 3-й и 4-й групп брали кусочки из органов-мишеней (легкое, печень, селезенка), фиксировали их в 10% растворе формалина, забуференного по Лилли, затем обезвоживали в этаноле возрастающей концентрации и заливали в парафин по общепринятой методике. Гистологические срезы толщиной 3-5 мкм депара-финировали, окрашивали гематоксилином и эозином, а также красителем Hoechst 33342 (Sigma) для выявления апоптоза.
Результаты исследования. При экспериментальном моделировании воспалительной патологии для фонового ослабления иммунной системы мы применили температурной стресс. У всех животных, подвергнутых тепловому стрессу, в течение текущих суток отмечалась одышка, взмокшая шерсть. После заражения Y. pseudotuberculosis, начиная с 3-х сут, у мышей 3-й и 4-й групп появлялись клинические признаки заболевания: вялость, отказ от пищи, у части животных наступила гибель.
При морфологическом исследовании интакт-ных животных 1-й группы (контроль 1) в легких обнаружено незначительное полнокровие сосудов, альвеолы свободны, без признаков воспаления. В печени также отмечалась незначительная гиперемия сосудов, дистрофические изменения гепатоцитов в виде сморщивания (пикноз) в основном в периваскулярной области портальных трактах (рис. 1a). Структура селезенки была обычной без явных признаков антигенного раздражения (рис. 1б).
У животных 2-й группы (контроль 2), исследованных в катаболическую фазу после воздействия гипертермии (первые часы после нее), в легком отмечена умеренно выраженная сосудистая реакция, в просвете части альвеол содержались эритроциты. В печени наблюдалось умеренное полнокровие сосудов, отчетливые дистрофические изменения гепа-тоцитов в виде сморщивания (пикноза преимущественно в периферическом отделе печеночных долек и в области портальных трактов (рис. 1в). В селезенке имела место незначительная фолликулярная гиперплазия со слиянием между собой 2-3-х лимфо-идных фолликулов белой пульпы (рис. 1г).
У животных 3-й группы, зараженных Y pseudotu-berculosis без предварительной гипертермии (контроль 3), в легких через 1 сут после заражения выявлено умеренное полнокровие сосудов, кое-где встречались периваскулярные инфильтраты и мел-
кие очажки (гранулемы), состоящие из лимфоцитов и макрофагов без признаков их распада. Через 2 сут после заражения у отдельных животных обнаружены многочисленные гранулемы из монону-клеарных клеток без их распада с незначительной перифокальной воспалительной реакцией (рис. 2а). На 3 сут инфекции отмечено усиление сосудистой и периваскулярной воспалительной реакции. Через 7 сут обнаружены умеренно выраженная очаговая воспалительная инфильтрация, гранулемы преимущественно из мононуклеарных клеток с незначительным их распадом. Через 14 сут после заражения имелись обширные очаги воспаления с формированием у отдельных животных очагов гранулематоз-ного воспаления со значительным распадом клеток (рис. 2б). Через 21 сут после заражения, у внешне активных животных, сохранялись типичные гранулемы, отграниченные соединительнотканной капсулой, характерные для псевдотуберкулезной инфекции, вызываемой вирулентным штаммом с плазмидами 45:82 MDa [4]. У отдельных животных наблюдался регресс воспалительных изменений.
В печени животных 3-й группы через 1 сут после заражения отмечались распространенные дистрофические изменения в виде зернистой дистрофии гепатоцитов с наличием большого количества пикноморфных (апоптозных) клеток со скоплением хроматина под ядерной мембраной (рис. 2в). Встречались единичные мелкие гранулемы. Через 2 сут после заражения у отдельных животных обнаружены мелкие лимфоцитарно-макрофагальные гранулемы, а также единичные типичные очаги с кариорексисом центральной зоны. Через 3 сут после заражения на фоне дистрофических изменений встречались некрупные гранулемоподобные очаги, четко отграниченные от окружающей паренхимы. Через 7 сут после заражения имелись многочисленные гранулемы небольших размеров без четкого отграничения от окружающей паренхимы, а также крупные участки эозинофильной дистрофии гепато-цитов. На 14 сут инфекции обнаружена аналогичная картина на фоне диффузной пролиферации клеток Купфера. Через 21 сут после заражения обнаружены умеренно выраженные дистрофические изменения, диффузная пролиферация клеток Купфера.
В селезенке животных 3-й группы через 1-2 сут после заражения определялась незначительная фолликулярная гиперплазия без наличия в лимфо-идных фолликулах светлых центров. Через 3 сут после заражения у отдельных животных появились признаки делимфатизации пульпы селезенки, у остальных животных в красной пульпе наблюдалась гигантоклеточная реакция. Через 7-14 сут после заражения выявлена аналогичная картина (рис.2 г). Через 21 сут после заражения структура селезенки соответствовала контролю.
В 3-й группе погибло 2 животных (6,6%) на 10 и 13 сут инфекции с проявлениями генерализованной инфекции.
У опытных животных, зараженных Y. pseudotuberculosis после теплового стресса (4-я группа), в легких через 1 сут после заражения наблюдались дилатация и резкое полнокровие сосудов типа венул, участки дистелектаза. Через 2 сут обнаружено резкое полнокровие сосудов. Обращали на себя внимание обширные участки дистелектаза с повреждением стенки многих альвеол и бронхиол. В этих участках были видны фрагменты поврежденных клеток. Отчетливые воспалительные явления не обнаружены. Через 3 сут после заражения стенка многих бронхов была повреждена, эпителиальный пласт имел фестончатый вид за счет де-структивно-пролиферативных изменений. Стенка многих венул была гомогенизирована вследствие плазматического пропитывания, в их просвете содержалась эозинофильная масса, образовавшаяся в результате лизиса эритроцитов. На 5-7 сут инфекции после заражения наблюдалась аналогичная картина (рис. 3). Через 14 сут на фоне вышеописанных изменений определялись крупные очаги воспаления с глыбчатым распадом небольшой части клеток, а также крупные типичные псевдотуберкулезные очаги с обилием мелкозернистого детрита в их центре без четкого отграничения от окружающей ткани (рис. 3а). У отдельных животных наблюдались очажки гранулематозного воспаления, в которых визуализировались апоптозные клетки. Через 21 сут после заражения только у одного из 3-х исследованных животных выявлены аналогичные деструктивно-воспалительные изменения с типичными для псевдотуберкулеза очагами.
В печени животных 4-й группы через 1-2 сут после заражения на фоне изменений, вызванных тепловым стрессом, обнаружено умеренное полнокровие сосудов, в некоторых из них отмечены нечеткость и нарушение структуры сосудистой стенки, единичные мелкие скопления мононуклеарных клеток. Через 3-5 сут после заражения появились многочисленные рыхлые очажки, состоящие из мононуклеарных клеток с примесью клеточного детрита, незначительная пролиферация клеток Купфера. Через 7 сут после заражения наблюдалось выраженное гранулематозное воспаление с наличием многочисленных некрупных очажков с примесью клеточного детрита в некоторых из них (рис. 3б). Через 14 сут после заражения также обнаружена картина гранулематозного воспаления, причем у одной из 3-х исследованных мышей имелись единичные крупные очаги с распадом клеток, у двух других мышей - менее выраженное воспаление с рыхлыми, некрупными очажками. На 21 сут инфекции у клинически здоровых животных выявлены остаточные явления воспалительного
процесса с наличием единичных очажков из моно-нуклеарных клеток без признаков их распада.
В селезенке животных 4-й группы через 1 сут после заражения наблюдалась картина, аналогичная контролю 3. Через 2-3 сут появилась незначительная фолликулярная гиперплазия со слиянием 2-3-х лим-фоидных фолликулах без наличия в них светлых центров. На 5-7 сут инфекции определялись деструктивные изменения клеток и отчетливая делимфатизация части фолликулов белой пульпы. Через 14 сут после заражения обнаружены лимфоидные фолликулы небольших размеров без светлых центров. Через 21 сут встречались фолликулы как небольших, так и крупных размеров, но без светлых центров, а также единичные крупные гранулемы с центральным некрозом и разреженной окружающей зоной.
В 4-й группе погибло 5 животных (17%): на 3 сут после заражения - 2, на 7-е - 1, на 10-е - 2 мыши. У погибшей мыши, через 7 сут после заражения в легком имелась картина диффузной пневмонии с выраженным геморрагическим компонентом за счет повреждения стенок сосудов и диапедеза эритроцитов (рис. 3в). В печени обнаружены резкое расширение сосудов, незначительные воспалительные изменения. В селезенке наблюдалась выраженная делимфатиза-ция пульпы, фолликулы почти не визуализировались, оголение ретикулярной стромы (рис. 3г).
В научной литературе идет активная дискуссия о механизмах действия локальной и общей гипертермии на организм человека и ее влиянии на патогенез различных заболеваний. Предполагается, что на фоне теплового стресса происходит динамическое изменение системы иммунитета, когда на определенных сроках после общей гипертермии и/или при ее длительном воздействии отмечается либо активация, либо угнетение функции иммунокомпетентных клеток [6, 11]. В доступной литературе мы не встретили работ, отражающих влияние общей гипертермии на патоморфогенез инфекционных заболеваний.
Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что у животных, предварительно подвергнутых тепловому стрессу, проявления экспериментальной псевдотуберкулезной инфекции были более тяжелыми с увеличением показателей летальности в 2,6 раза, по сравнению с 3-й контрольной группой. В органах зараженных животных в постгипертермическом периоде отмечалось резкое нарушение гемоциркуляции в сочетании со значительными деструктивными изменениями, характерными для генерализованной инфекции. У погибших животных, на фоне выраженного геморрагического компонента и слабой клеточной воспалительной реакции, наблюдалось истощение органов иммунной системы (делимфатизация), что указывало на снижение защитных реакций организма и развитие иммунодефицита.
Рис. 1. Морфологические изменения в органах мышей 1-й и 2-й контрольных групп: а - умеренные дистрофические изменения паренхимы печени с наличием пикноморфных гепатоцитов, х200 (контроль-1); б - картина селезенки без признаков антигенного раздражения, х100 (контроль-1); в - многочисленные пикно-морфные гепатоциты в периферическом отделе печеночной дольки с рексисом клеток, х200 (контроль-2); г - фолликулярная гиперплазия селезенки со слиянием лимфоидных фолликулов белой пульпы, х100 (контроль-2).
Окраска гематоксилином и эозином
Рис. 2. Патоморфологические изменения у мышей, зараженных вирулентным штаммом 3260 Y. pseudotuberculosis без предварительной гипертермии (контроль 3): а - картина гранулематозного
воспаления в легком, 2 сут после заражения; б - выраженная зернистая дистрофия печени с большим количеством сморщенных апоптозных клеток, в которых видны глыбки хроматина под ядерной
мембраной (фрагмент), 14 сут после заражения; в - обширный очаг воспаления в легком со значительным распадом клеток, 1 сут после заражения; г - делимфатизация селезенки со значительным разрежением лимфоидной ткани, 7 сут после заражения. Окраска гематоксилином и эозином, фрагмент рис. б - метод Hoechst, х200
Рис. 3. Патоморфологические изменения у мышей, зараженных вирулентным штаммом Y. pseudotuberculosis после предварительной гипертермии (4-я группа): а - участок гранулематозного воспаления в легком с наличием клеточного детрита, 14 сут после заражения; б - картина диффузного воспаления с выраженным геморрагическим компонентом в легком погибшей мыши, 7 сут после заражения; в - воспалительный очажок в печени с распадом гепатоцитов, 7 сут после заражения; г - оголение ретикулярной стромы селезенки у погибшей мыши, 7 сут после заражения.
Окраска гематоксилином и эозином, х200.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андрюков Б.Г. Псевдотуберкулез как объект системного анализа // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2013. № 4(53). С. 4-5.
2. Гордеева А.В., Звягильская Р.А., Лабас Ю.А. Апоптоз одноклеточных организмов: механизмы и эволюция // Биохимия. 2004. Т. 69. С. 1301-3.
3. Ефремов А.В., Самсонов А.В., Логачева О.Н. Динамика изменения прооксидантной и антиокси-дантной активности перитонеальной и бронхо-альве-олярной лаважной жидкостей у экспериментальных животных после применения общей гипертермии// Бюл. СО РАМН. 2011. Т. 31. № 1. С. 9-12.
4. Исачкова (Сомова) Л.М., Жаворонков А.А., Ан-тоненко Ф.Ф. Патология псевдотуберкулеза. Владивосток: Дальнаука. 1994. 190 с.
5. Карев И.Д., Родина А.А., Карева А.И. Общая управляемая гипертермия в лечении химио- резистентных злокачественных опухолей печени у детей // Рос. онкол. журн. 2003. № 6. С. 29-32.
6. Мичурина С.В., Васендин Д.В., Ищенко И.Ю., Жданов А.П. Структурные изменения в тимусе крыс после воздействия экспериментальной гипертермии // Бюл. Волгоградского научного центра РАМН. 2010. № 1. С. 30-3.
7. Октябрьский О.Н., Смирнова Г.В. Редокс-регу-ляция клеточных функций // Биохимия. 2007. Т. 72. № 2. С. 158-74.
8. Самсонов А.В., Долотина Н.В. Функциональное состояние легочных макрофагов у экспериментальных животных после применения общей гипертермии // Бюл. СО РАМН. 2011. Т. 31. № 1. С. 5-8.
9. Суняйкина, O.A., Бровкина И.Л., Быстрова Н.А. Протективное действие активаторов биологического окисления при тепловом поражении // Вестн. Уральской мед. акад. науки. 2006. №3-1(14). С. 23-4.
10. Haddad J.J. Redox and oxygen-sensitive transcription factors in the regulation of oxidant-
mediated lung injury. I. Role for nuclear factor-kB. Critical Care, 2002; 6: 481-90.
11. Ash S R., Steinhart C.R., Curfman M.F. et al. Extracorporeal whole body hyperthermia treatments for HIV infection and AIDS. ASAIO J., 1997: 43(5): 830-8.
12. Jin Y., Han D., Wang M. J. Chronic heat stress weakened the innate immunity and increased the virulence of highly pathogenic avian influenza virus H5N1 in mice. J Biomed Biotechnol. 2011; 2011:367846. doi: 10.1155/2011/367846.
L.M. Somova1, N.G. Plekhova1'2, E.I. Drobot1, I.N. Lyapun1
PATHOLOGICAL CHANGES IN EXPERIMENTAL PSEUDOTUBERCULOSIS INFECTION, DEVELOPED against HEAT STRESS
1 Federal State Budgetary Scientific Institution «Research Somov Institute of Epidemiology and Microbiology», Vladivostok, Russia;
2 State Educational Institution of Higher Professional of Education «Pacific State Medical University», Vladivostok, Russia.
The paper presents results showing that in animals previously subjected to heat stress, the manifestations of experimental pseudotuberculosis infection were more severe with increasing fatality rates by 2.6 times, compared with control animals without heat stress. In target organs (lung, liver, spleen) of experienced animals the severe disturbance of blood circulation in combination with significant destructive changes typical for generalized infection were showed. At dead animals on the background of marked hemorrhagic component of the pathological process and weak cell inflammatory response observed depletion of the immune system (delimphatization), indicating a decrease in defense reactions and the development of immunodeficiency.
Keywords: heat stress, pathomorphology, pseudotuberculosis
Citation: Somova L.M., Plekhova N.G., Drobot E.I., Lyapun I.N. Pathological changes in experimental pseudotuberculosis infection, developed against heat stress. Health. Medical ecology. Science. 2015; 2(60): 28-32. URL: https://yadi.sk/ i/1Ddlhw3nfWvW6
Сведения об авторах
Сомова Лариса Михайловна - доктор медицинских наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова, главный научный сотрудник лаборатории клеточной биологии и гистопатологии. 690087, г. Владивосток, ул. Сельская, д. 1; тел. раб. 244-14-38, сот. 8-914-791-22-18; 8-914-068-17-49; e-mail: [email protected];
Плехова Наталья Геннадьевна - доктор биологических наук, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной биологии и гистопатологии. 690087,
г. Владивосток, ул. Сельская, д. 1; тел. раб. 244-24-34; e-mail: [email protected];
Дробот Елена Игоревна - Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова, научный сотрудник лаборатории клеточной биологии и гистопатологии. 690087, г. Владивосток, ул. Сельская, д. 1. Тел. 8-924-240-18-33; e-mail: [email protected];
Ляпун Ирина Николаевна - Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова, научный сотрудник лаборатории клеточной биологии и гистопатологии. 690087, г. Владивосток, ул. Сельская,
д. 1. Тел. 8-914-342-70-87; e-mail: [email protected].
