CC BY
32
В.С. Полякова, С.М. Завалеева, А.А. Стадии ко в
СТРУКТУРНАЯ РЕОРГАНИЗАЦИЯ ВОЗДУХОНОСНЫХ И РЕСПИРАТОРНЫХ ОТДЕЛОВ ЛЕГКИХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ФАКТОРОВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
В статье показана структурная реорганизация воздухоносных и респираторных отделов легких белых беспородных крыс при воздействии газовой смеси (природный газ + воздух) с различным содержанием в ней сероводорода (малые, средние и большие дозы). Структурная перестройка эпителиальных тканей легкого при воздействии малых доз свидетельствует о развивающемся при этом субклеточном уровне адаптации. Действие газовой смеси, содержащей большие и средние дозы сероводорода, вызывает более выраженные субклеточные изменения в эпителиальной выстилке бронхов и альвеол, которая обеспечивает защитную функцию реализацией тканевых механизмов компенсации.
По существующим представлениям [3, 5, 9, 11] глубина патогенетических процессов при воздействии факторов внешней среды для тканей, органов и систем организма различна и определяется глубиной материальных ресурсов тканей и органов. Повреждения наступают тогда, когда все механизмы защиты и адаптации задействованы, а резервы использованы.
Неблагоприятные факторы воздушной среды воздействуют в первую очередь на органы дыхания, где эпителий воздухоносных путей является первым защитным барьером организма. Под влиянием различных химических агентов, поступающих из воздушной среды, происходят существенные нарушения структуры и функции легких [10, 13, 17]. Работы по изучению влияния природного сероводородсодержащего газа на органы дыхания [1, 2, 17, 18] имеют существенное клиническое и профилактическое значение. В имеющихся немногочисленных морфологических исследованиях легких внимание уделено лишь особенностям структурной реорганизации элементов аэрогемати-ческого барьера [1, 10, 13]. Отсутствует также комплексный подход к расскрытию сущности структурно-функциональных перестроек как воздухоносных, так и респираторных отделов при воздействии сероводородсодержащих газовых смесей, позволяющий выявить возможности эпителиальных барьеров внутрилегочных бронхов в защите элементов ацинусов и наметить пути коррекции возникающих изменений.
Материал и методика
Исследования были выполнены на 100 белых беспородных крысах-самцах массой 200-250 г. Использовали затравочную камеру Гельдинсколь-да. В качестве неблагоприятного фактора внешней среды нами была взята сероводородсодержа-щая газовая смесь (природный газ Астраханского газового месторождения + воздух), в которой самым агрессивным компонентом является серово-
дород. По его концентрации и определялась мера воздействия на организм. Концентрацию сероводорода и кислорода в смеси определяли газоанализаторами фирм «Paspport», J-813 (Германия). Животные были распределены на 4 группы: первую группу животных подвергали воздействию газовой смеси, содержащей 10 мг/м3 H2S (малые дозы) ежедневно по 1 часу на протяжении месяца; вторая группа испытывала воздействия газовой смеси, содержащей 100 мг/м3 H2S (средние дозы) ежедневно по 1 часу на протяжении 1 месяца; третью группу животных подвергали воздействию газовой смеси, содержащей 850-900 мг/м3 H2S (большие дозы) двукратно по 15 минут с интервалом 24 часа; четвертая - контрольная группа животных. При проведении эксперимента были соблюдены «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных». Материал для исследования забирался под нембуталовым наркозом сразу после последнего воздействия газовой смеси.
Для световой микроскопии легкие фиксировали в 10% нейтральном формалине, заливали в парафин. Срезы окрашивали гематоксилином Майе-ра и эозином, а также ставили ШИК-реакцию.
Для электронной микроскопии материал фиксировали в 2,5% глютаральдегиде на какодилат-ном буфере ^^7,3) с последующей дополнительной фиксацией в 1 % растворе четырехокиси осмия и заливали в эпон-812. Ультратонкие срезы, полученные на ультратоме LKB-5, контрастировали ура-нилацетатом и цитратом свинца, изучали в электронных микроскопах ЭВМ 100АК, JEM-100CX2.
Гистоавторадиографические исследования проводились с введением внутрибрюшинно 3Н-лейци-на (маркера белоксинтетической активности) из расчета 25,9- 104 Бк/г массы тела животного и ти-мидина (3,7- 104 Бк/г) для исследования ДНК-синтетической активности эпителиоцитов. Обработка гистоавтографов произведена в соответствии с методикой, предложенной Жинкиным Л.Н. [6]. В гис-
В.С. Полякова и др.
Структурная реорганизация воздухоносных и респираторных отделов легких
тоавтографах подсчитывали индекс меченых ядер (ИМЯ) в покровном эпителии внутрилегочных бронхов и количество зерен восстановленного серебра на условную единицу площади надъядерной части цитоплазмы реснитчатых клеток. Обработку данных морфометрического анализа осуществляли методом вариационной статистики с расчетом средней арифметической и доверительного интервала при уровне значимости р = 95% [15].
Результаты исследования
и их обсуждение
Оценка степени морфологических изменений, развивающихся в легких экспериментальных животных, затруднена в связи с мозаичностью и вариабельностью структурной организации различных участков легких даже у контрольной группы [7]. Воздушность легкого у интактных крыс не везде одинакова, так как вентиляция различных зон легкого происходит асинхронно [8].
При воздействии больших доз ткань легкого с признаками умеренной эмфиземы, отдельные бронхи спазмированы. В эпителиальной выстилке бронхов значительно повышена секреторная активность бокаловидных клеток. Эпителиальный пласт внутрилегочных бронхов местами отрывается от базальной мембраны. В собственной пластинке слизистой оболочки бронхов активизируется лим-фоидная ткань. Ультраструктурный анализ показал, что при использовании больших доз наблюдаются повреждения ресничек и митохондриального аппарата мерцательных клеток. В апикальной поверхности реснитчатых клеток уменьшается количество ресничек, появляются микровиллы, способствующие эндоцитозу химических компонентов газовой смеси в цитоплазму. Подобная активность реснитчатых клеток отмечена в ряде других работ [3, 16]. Повреждения и уменьшение количества ресничек, движения которых сопровождаются затратой энергии, по мнению ряда авторов [3, 4], позволяюет при химической экспозиции использовать биоэнергетические резервы клетки в другом направлении (на метаболизирование ксенобиотиков). Однако при воздействии больших доз газовой смеси страдает и митохондриальный аппарат, в котором наряду с неизмененными органел-лами энергетического синтеза встречаются и деструктивно измененные, что приводит к накоплению в клетках большого количества вакуолей, окруженных мембранами бывших митохондрий, образованию аутофагосом и остаточных телец.
В эпителии бронхов увеличивается ДНК-синтетическая активность вставочных клеток (рис. 1).
Бокаловидные клетки переполнены секреторными гранулами. В респираторном отделе наряду с участками, где неизменены элемены аэрогематичес-кого барьера, встречаются альвеолы с поврежденными альвеолоцитами первого типа (отек безъядерной части клетки, «парусообразные» выпячивания). Местами наблюдается внутриальвеоляр-ный отек (отдельные альвеолы заполнены электронно плотным содержимым, состоящим из белков плазмы крови, фрагментов клеток). Резкое повышение секреторной активности наблюдается в больших альвеолярных клетках. Они переполнены пластинчатыми осмиофильными тельцами, соотношение площадей, занимаемых ими и митохондриями, сдвинуто в сторону первых. Осмиофиль-ные тельца альвеолоцитов 2 типа сливаются в цепочки. Часто одна из них непосредственно контактирует с просветом альвеолы. Такая реорганизация, по-видимому, способствует быстрому выведению телец на поверхность клеток. Имеет место и выход осмиофильных телец с полным разрушением структуры секреторных альвеолоцитов по типу голокриновой секреции. На возможность этого типа секреции указывает Романова Л.К. (2000). Такая повышенная секреторная активность данных альвеолоцитов, по-видимому, необходима для восстановления поврежденного сурфактанта как первого элемента аэрогематического барьера.
ИМЯ %о
□ Контроль
□ Малые дозы
□ Средние дозы
□ Большие дозы
7 6 5 4 3 2 1 0
Рисунок 1. ДНК-синтетическая активность клеток
эпителиальной выстилки внутрилегочных бронхов
При исследовании респираторного отдела легкого через 3 суток после прекращения воздействия больших доз сероводородсодержащей газовой смеси обращает на себя внимание факт увеличения количества плазмоцитов в интерстиции органа.
При воздействии средних доз клетки эпителиальной выстилки бронхов обедневают органелла-ми. В апикальной части большинства реснитчатых клеток мало митохондрий, но резко повышается
Естественные науки
количество свободных рибосом. Как нам представляется, в этих условиях идет интенсивная диффе-ренцировка реснитчатых клеток за счет вставочных после их износа и гибели при воздействии сероводородсодержащей газовой смеси. У животных этой группы более всего повышается ДНК-синтетическая активность вставочных клеток (рис. 1), о чем свидетельствует также возрастание количества зерен восстановленного серебра на условную единицу площади надъядерной части цитоплазмы реснитчатых клеток (рис. 2).
о и 25
о д
н а
н н
е о
л и о л с 20
н а т ч е
о и 15
о ГС £
н и о
е р л 10
е з
о и а н
т а 5
о р
е 1П
{Т е
и р
л е
о и о 0
гг
□ Контроль
□ Малые дозы
□ Средние дозы
□ Большие дозы
Рисунок 2. Белок-синтетическая активность реснитчатых клеток эпителиальной выстилки внутрилегочных бронхов
Наряду с неизмененными элементами аэроге-матического барьера встречаются участки, где наблюдается отек и деструкция респираторных эпи-телиоцитов. В альвеолоцитах второго типа уменьшается количество осмиофильных телец. Митохондрии в них с гомогенизированным матриксом и кри-стами. В отдельных капиллярах, локализованных в зонах с неизмененными элементами аэрогемати-ческого барьера, обнаруживаются скопления тромбоцитов, что может рассматриваться как провоцирующий фактор внутрисосудистого гемостаза.
При воздействии малых доз в реснитчатых клетках эпителиальной выстилки бронхов значительно увеличено количество рибосом и полисом на условную единицу площади, появляются «юные» митохондрии [16] с трубчатыми кристами, с гранулированным и гиперосмированным матриксом. Клетки интенсивнее, чем при воздействии боль-
ших и средних доз, включают меченый по тритию лейцин (рис. 2). Индекс меченых ядер в эпителии бронхов по сравнению с контролем увеличивается незначительно (рис. 1).
Особый интерес представляют клетки Клара терминальных бронхиол.
В них расширено перинуклеарное пространство, увеличено количество ядерных пор, увеличены цистерны гладкой ЭПС, на мембранах которой, как известно [4], локализованы ферменты цепочки оксидаз, осуществляющие метаболизиро-вание ксенобиотиков. В клеточных элементах аэрогематического барьера (в альвеолоцитах первого типа и эндотелиоцитах) увеличено количество рибосом и полисом. В микроворсинках клеток много пиноцитозных пузырьков, что, по-видимому, связано с интенсификацией транспорта веществ через аэрогематический барьер. Возможно, именно активизацией трансэпителиального и транэндоте-лиального переноса газов объясняется отсутствие отека элементов аэрогематического барьера.
Таким образом, при воздействии газовой смеси, содержащей малые дозы сероводорода, структурная реорганизация эпителиальных тканей внут-рилегочных бронхов и альвеол свидетельствует о развивающемся при этом субклеточном уровне адаптации. Действие газовой смеси, содержащей большие и средние дозы сероводорода, вызывает более выраженные субклеточные изменения в эпителиальной выстилке бронхов и альвеол, которая обеспечивает защитную функцию реализацией тканевых механизмов компенсации, что проявляется в более быстром клеточном обновлении. Последнее подтверждается интенсификацией ДНК-синтетической способности в эпителиальных тканях легкого. Выявленные при этом структурные изменения, носящие не тотальный, а мозаичный характер, согласно установленной стадийности в развитии адаптации [11] могут рассматриваться как обратимые. Увеличение количества лимфоидных фолликулов в стенке бронхов и плазматических клеток в интерстиции легкого свидетельствуют также об усилении лимфоэпителиальных взаимоотношений при воздействии используемых дестабилизирующих факторов.
Список использованной литературы:
1. Асфандияров Р.И. и др. Острые отравления сероводородсодержащими газами. - Астрахань,1995. - 156 с.
2. Боев В.М., Сетко Н.П. Сернистые соединения природного газа и их действие на организм. - М.: Медицина, 2001. - 216с.
3. Бонашевская Т.И. О характере действия газов и паров химических соединений на эпителий воздухоносных путей и респираторных отделов дыхательной системы // Успехи соврем. биол., 1977, т. 84, №6, с. 441-452.
4. Бонашевская Т.И. и Кумпан Н.Б. Защитно-приспособительные реакции воздухоносных и респираторных отделов легких при воздействии загрязнителей атмосферного воздуха. Арх. АГЭ, 1986, №4, с. 41-48.
5. Гомеостаз на различных уровнях организации биосистем. Новосибирск: Наука, 1991. - 206 с.
6. Жинкин Л.Н. Радиоактивные индикаторы в гистологии // Тр. ин-та экспериментальной медицины. - Л.,1959,с.6-30.
B.C. Полякова и др.
Структурная реорганизация воздухоносных и респираторных отделов легких
7. Зайцева К.К., Симоненкова В.А., Комар Ю.А. Ультраструктурная организация аэрогематического барьера легких лабораторных животных // Арх. АЭГ 1985, №9, с. 59-66.
8. Зильбер А.П., Хейфец И.Т. Физиология человека, 1972, т. 2, №2 ,с. 267.
9. Иванова В.Ф., Маймулов В.Г., Пузырев А.А., Китаева Л.В. и Михеева Е.А. Клеточный уровень адаптации организма к воздействию окружающей среды крупного промышленного города (Санкт-Петербург) // Морфология,2001,№1, с.8-14.
10. Полунин И.Н., Асфандияров Р.И., Тризно Н.Н. Токсический отек легких при остром отравлении сероводородсодержащим газом. Астрахань, 1999. - 219с.
11. Пузырев А.А., Иванова В.Ф., Маймулов В.Г. Адаптация организма к действию экологических факторов на клеточном и субклеточном уровнях. Морфология,1997, №4, с. 23-28.
12. Романова Л.К., Серебряков И.С., Сафронова Л.А. Разновидности типов секреции альвеолоцитами 2 типа легких. Роль микротрубочек в секреторном процессе. Материалы VI Всероссийской конференции по патологии клетки. Москва. 2000, с.16-17.
13. Середенко М.М., Розова Е.В., Великанов Э.Б. и Тризно Н.Н. Морфофункциональная характеристика аэрогематического барьера легких у крыс при дыхании газовыми смесями с высоким содержанием сероводорода // Морфология,1992, т. 102, №5, с. 120-129.
14. Сомусев Р.П., Гончаров Н.И. Эпонимы в морфологии. М.: Медицина, 1989, с. 302.
15. Стрелков Р.Ф. Экспресс-метод статистической обработки экспериментальных и клинических данных. М.: Изд. МОЛТМИ, 1986.
16. Чернякова Д.Н., Ливчак М.Я., Беляков А.И., Шафран М.Г. Субмикроскопическое и иммунохимическое прохождение пероксидазы хрена через эпителий слизистой бронха // Цитология, 1981 ,т. 23, №9, с. 1079-1081.
17. Almeida A.F., Guidotti T.L. Differential sensitivity of lung and brain to sulfide exposure a peripheral mechanism for apnea. Toxicol. Sci., 1999, v.2, p. 287-293.
18. Richardson D.B. Respiratory effects of chronic hydrogen sulfide exposure. Am. J. Ind. Med., 1995, Jul. 28(1), p. 99-108.
