CC BY
63
УДК 616.24-057:622-613.633:669
Т.А.Савинова, А.А.Григоренко
ЦИТОТОКСИЧЕСКАЯ И ФИБРОГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ ПЫЛИ БУРОГО УГЛЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
РЕЗЮМЕ
Изучено цитотоксическое и фиброгенное действие пыли бурого угля на легких 110 белых крыс в остром и хроническом эксперименте. Исследование клеточного состава бронхоальвеолярного лаважа и индекса нейтрофильных лейкоцитов/альвеолярных макрофагов показало меньшую цитотоксичность бурого угля по сравнению с кварцем.
В эксперименте длительностью 1, 3, 6 и 9 месяцев установлена способность буроугольной пыли вызывать в легких белых крыс развитие антрако-силикоза, хронического бронхита и эмфиземы.
SUMMARY T.A.Savinova, A.A.Grigorenko
CYTOTOXIC AND FIBRINOGEN ACTIVITY OF LIGNITE COAL DUST IN EXPERIMENTAL EXPOSURE
Cytotoxic and fibrinogen effect of lignite coal dust in lungs of 110 white rats was studied in acute and chronic experimental model. Analysis of bronchoalveolar lavage cells, neutrophil index of leucocyte/alveolar macrophages showed that lignite coal is less toxic than quartz.
We found that anthracosilicosis, chronic bronchitis and emphysema developed in white rat lungs after 1, 3, 6, 9 months of lignite coal dust exposure.
Уголь в течении многих десятилетий играет важную роль в обеспечении устойчивого экономического развития регионов России [6]. Открытая угледобыча ведет к загрязнению окружающих геосистем техногенной пылью [1], которая воздействует не только на лиц,
непосредственно занятых в процессе разработки месторождений, но и на население близлежащих районов.
Органы дыхания эволюционно представляют собой первый барьер, принимающий на себя "удар" пылевых экзогенных повреждений [8]. Влияние пыли бурого угля на респираторную систему посвящены единичные исследования [3; 4; 5; 7].
Целью нашей работы было изучение цитохимической и фиброгенной активности пыли бурого угля Рай-чихинского месторождения на органы дыхания. Оценки цитотоксичности буроугольной пыли проводились на 30 беспородных крысах-самцах по 10 животных в каждой группе, животным вводились пыль бурого угля, технического кварца и физиологический раствор. Изучаемая пыль инсталлировалась однократно интратрахеально в количестве 50 мг под легким эфирным наркозом.
Через 24 часа под калипсоловым наркозом получали жидкость бронхоальвеолярного лаважа. Промывные воды бронхов центрифугировали, готовили мазок, окрашивали по Романовскому и подсчитывали количество альвеолярных макрофагов, лимфоцитов, нейтрофи-лов и эозинофилов. Статистическая обработка проводилась с определением критериев достоверности по Стъюденту и методом системного анализа.
Для исследования фиброгенной активности пыли бурого угля проведен эксперимент на 80 белых кры-сах-самцах, продолжительность экспозиции составила 1, 3, 6, и 9 месяцев. Буроугольная пыль вводилась однократно под эфирным наркозом в виде взвеси 50 мг в 1 мл физиологического раствора, контрольным животным вводился физиологический раствор. Гистологическому исследованию подвергались легкие и бифуркационные лимфатические узлы, срезы окрашивались гемотоксилин-эозином, альциановым синим, реактивом Шиффа, пикрофуксином по ван Гизону, резорцин-фуксином Вейгерта, серебром по Футу.
Изучен клеточный состав бронхоальвеолярного ла-важа (БАЛ) после инстилляции пыли бурого угля (табл.).
Таблица 1
Клеточный состав бронхоальвеолярного лаважа после интратрахеального введения пыли бурого
угля и кварца (М±т)
Показатели Контроль Пыль бурого угля Пыль кварца
Макрофаги 54,27±6,02 54,50±5,01* 24,04±6,24**
Лимфоциты 30,67±5,56 18,28±3,55* 15,56±3,07**
Нейтрофилы 14,58±4,53 24,19±3,38 59,13±8,96**
Эозинофилы 0,37±0,27 3,03±2,38 1,27±0,55
Примечание: * - p<0,05; ** - p<0,01.
Изменение содержания альвеолярных макрофагов (АМ) зависело от вида пыли. Высокотоксичная кварцсодержащая пыль вызывала значительное снижение числа АМ, а буроугольная пыль не изменяла их количество. Это может быть связано с преобладанием процессов активации и привлечения АМ к месту воздействия частиц угля над их разрушением по сравнению с высокотоксичной кварцевой пылью. При фагоцитозе низкотоксичной пыли угля кониофаг длительное время остается жизнеспособным, происходит "рабочая" гипертрофия кониофага на внутриклеточном уровне. При этом избыточное образование активных форм кислорода происходит не вследствии первичной активации фагоцитов пылевыми частицами, а в терминальном периоде жизни гипертрофированного кониофага [2]. Достоверное повышение количества нейтрофилов при действии пыли кварца до 59,13±8,96 и бурого угля до 24,19±11,38 (при показателе 14,58±4,53 в контрольной группе) позволило предположить меньшую по сравнением с кварцем цитотоксичность бурого угля.
Еще более показательным было увеличение индекса НЛ/АМ (рис. 1). После введения кварцсодержащей пыли он превышал показатель контрольной группы в 8,07 раза, а буроугольной пыли - в 1,63 раза. Усиленная мобилизация нейтрофильных лейкоцитов (НЛ) в БАЛ при не изменившемся числе АМ, т.е. повышение отношения НЛ/АМ является информационным количественным показателем цитотоксичности и, следовательно, фиброгенной активности бурого угля.
Снижение количества лимфоцитов в БАЛ было, примерно одинаковым и значимым для обоих видов пыли и могло привести к нарушению иммунных механизмов защиты легких. Увеличение содержания эозинофилов в жидкости БАЛ под влиянием пыли кварца и бурого угля было несущественным. Пошаговый дискриминантный анализ показал, что
2,5
К
1,5
к
К 1
0,5
2,45
0,27 0,44
1 1 ■
наиболее значимым морфологическим критерием отличия изменений клеточного состава БАЛ от действия кварцсодержащей и буроугольной пыли явилось снижение числа лимфоцитов:
Д=+100х лимфоцит (вероятность различия выборок 93,752).
Изучение клеточного состава БАЛ после интрат-рахеального введения белым крысам пыли бурого угля показало существенное снижение количества лимфоцитов и повышение нейтрофилов при неизменности числа макрофагов. Оценка индекса НЛ/АМ при действии буроугольной и кварцсодержащей пыли свидетельствовала о меньшей цитотоксичности бурого угля по сравнению с "эталоном" токсичности - кварцем. Значимым морфологическим критерием степени цитотоксичности кварца и бурого угля может быть снижение численности лимфоцитов БАЛ.
В хроническом эксперименте по оценке фиброген-ности пыли бурого угля зарегистрировано отставание веса тела подопытных животных по отношению к контрольным. При всех сроках эксперимента отмечено большее значение легочного коэффициента и паратра-хеальных лимфатических узлов у запыленных животных по сравнению с контролем, что позволяет предполагать фиброгенное действие буроугольной пыли, нарастающее с увеличением срока экспозиции пыли.
При длительности эксперимента в 1 месяц установлена ответная реакция на внедрение буроугольной пыли в органы дыхания белых крыс в виде очаговой реакции на чужеродный агент в виде фагоцитоза, изменений слизистой оболочки бронхов и альвеол.
Через 1 месяц после введения буроугольной пыли ее частицы обнаруживаются в просвете воздухоносных путей и, в меньшей степени, в стенках бронхов и межальвеолярных перегородках. Отграничение чужеродного материала происходит за счет очаговой и диффузной лимфоидно-макрофагальной пролиферации. При этом образуются нечетко очерченные клеточно-пылевые гранулемы различных размеров (рис. 2).
Инфильтрация лимфоидными элементами и альвеолярными макрофагами локализуется, в основном, вокруг бронхов и сосудов.
Контроль Бурый уголь Пыль кварца
Рис. 1. Индекс нейтрофильные лейкоциты / альвеолярные макрофаги (НЛ/АМ) после интратрахеаль-ного введения пыли бурого угля и кварца.
Рис. 2. Клеточно-пылевые гранулемы различной величины и формы. Окраска гематоксилин-эозином. Увеличение х400.
3
0
В просветах альвеол встречаются свободнолежащие макрофаги с обильной пенистой цитоплазмой (липофа-ги). Во всех случаях в просвете бронхов определяется значительное количество десквамированного эпителия. В местах скопления пылевых частиц наблюдаются суб-и ателектазы, граничащие с участками эмфиземы.
После трехмесячной экспозиции скопления частиц бурого угля обнаруживаются, в основном, в респираторных отделах. Наряду с пылевыми гранулемами встречаются клеточно-пылевые, состоящие из лимфоцитов и макрофагов. Неравномерная воздушность ткани связана с появлением более выраженной хронической очаговой эмфиземой, чередующейся с маловоздушными участками.
Сохраняется, но становится менее выраженной инфильтрация межальвеолярных перегородок лим-фоидно-макрофагальными клетками
В воздушных путях сохраняется большое количество лимфоидной ткани с увеличением числа макрофагов, более выражена десквамация эпителия, нарастает количество бокаловидных клеток с признаками гиперсекреции.
За счет дезорганизации и отека соединительной ткани увеличивается толщина стенок бронхов, суживается просвет сосудов. В перибронхиальных лимфатических узлах появляются признаки гиперплазии с наличием большого количества макрофагов.
При длительности эксперимента в 6 месяцев отложения угольных частиц сохраняется преимущественно в утолщенных межальвеолярных перегородках. На фоне менее выраженной, чем в предыдущей серии опыта, лимфоидно-макрофагальной инфильтрации в гранулемах, вокруг бронхов и сосудов появляются коллагеновые волокна. Клеточный состав гранулем характеризуется увеличением количества макрофагов, снижением лимфоцитов и появлением фибробластов, уменьшается объем гранулем (рис. 3).
В слизистой оболочке бронхов нарастают дистрофические и атрофические процессы. В большинстве случаев отмечена атрофия слизистой оболочки бронхов. Просвет сосудов различного калибра сужен. Нарастают признаки эмфиземы. В лимфатических узлах сохраняется макрофагальная пролиферация.
Процесс фиброзирования при экспозиции в 9 месяцев становится доминирующим и распространяется на межальвеолярные перегородки, по ходу бронхов и сосудов. В слизистой оболочке бронхов отмечено нарастание атрофии эпителиальных клеток, десква-мация эпителия стала менее значительной, просвет бронхов неравномерно сужен за счет его деформации. В большинстве наблюдений определялась выраженная эмфизема, диффузное разрастание соединительной ткани, изменения в мелких и средних ар-териолах в виде фиброза и гиалиноза коллагеновых волокон (рис. 4).
В гранулемах, в некоторых случаях, также определялась гиалинизация коллагеновых волокон и слияние их в конгломераты. Со стороны лимфатических узлов в единичных наблюдениях отмечено разрастание соединительной ткани. Степень выраженно-
Рис. 3. Разрастание соединительной ткани в гранулеме. Окраска по ван Гизону. Увеличение х240.
Рис. 4. Хронический деформирующий бронхит. Сливающиеся в конгломерат мелкие склерозирован-ные гранулемы. Утолщение стенки сосудов с суженным просветом. Окраска гематоксилин-эозином. Увеличение х240.
сти фиброзных изменений гранулем с учетом классификации King E.J. et al. (1953) соответствует, в основном, второй - третей степени зрелости соединительной ткани [9].
Выводы
1. Изучение клеточного состава БАЛ и индекса НЛ/АМ свидетельствует о меньшей цитотоксичности бурого угля по сравнению с "эталоном" токсичности - кварцем. Системный анализ показал, что морфологическим критерием отличия цитотоксичного влияния буроугольной пыли может быть еще и снижение количества лимфоцитов.
2. Пыль бурого угля способна вызывать в легких белых крыс изменения, аналогичные экспериментальному антракосиликозу, хроническому бронхиту, эмфиземе , приводит к редукции кровеносного русла.
3. Признаки пневмофиброза в респираторной системе появляются через 6 месяцев экспозиции буроугольной пыли и прогрессируют с удлинением срока эксперимента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Борисова И.Г. Результаты ландшафтноэкологического мониторинга на территории Ерко-вецкого буроугольного бассейна в Амурской области // Новые научные технологии в Дальневосточном регионе: Материалы III Дальневосточной регион. конф. с всероссийским участием, 27-29 сент. 1999 г. -Благовещенск, 1999. - С. 64-65.
2. Величковский Б.Т. Новые представления о патогенезе профессиональных заболеваний легких пылевой этиологии // Пульмонология. - 1995. - № 1. - С. 6-16.
3. Иванова Л.Г. Биологическое действие пылей бурых углей на бронхолегочную систему и иммунокомпе-тентные органы (экспериментальное морфологическое исследование) // Гигиена труда и профессиональные заболевания. - 1990. - № 2. - С. 21-24.
4. Кириченко В.И., Дорофиенко Н.Н., Одиреев А. Н. Морфологическая характеристика слизистой бронхов при неспецифических заболеваниях легких у рабочих угольной промышленности // Национальный конгресс по болезням органов дыхания, 7-й: Сборник резюме.- М.- 1997.- №1563.
5. Луценко М.Т., Перельман Ю.М., Дэвис Е.А. и др. Влияние экологических техногенных факторов на характер течения НЗЛ // Экологические аспекты пульмонологии: Тез. докл. науч-практ. конф.- Благовещенск.- 1994.-С. 10-11.
6. Малышев Ю.Н. Роль угля в обеспечении устойчивого экономического развития основных регионов России // Уголь. - 1995. - № 1. - С. 6-16.
7. Влияние техногенных экологических факторов на здоровье рабочих Райчихинского угольного месторождения Амурской области / В. П. Самсонов, Л.Г.Манаков, К.В.Самсонов, Е.В.Акимова // Экологические аспекты пульмонологии: Тез. докл. науч.-практ. конф. - Благовещенск. - 1994. - С. 38-39.
8. Степанов С.А. Гистофункциональное состояние бронхолегочной системы лиц, проживающих в зоне мультифакторного загрязнения // Национальный конгресс по болезням органов дыхания, 5-й: Сборник резюме. - М. - 1995. - №709.
9. The action of different forms of pure silica on the lungs of rats / E.J.King, G.P.Mohanty, C.V.Harrison, C.Nagelschmidt // Brit. J. Jndustr. Medic. - 1953. -Vol.10, № 1. - P. 9.
a a a
УДК 616.233-002:611-018.7:112/129:622.411.52 Н.Н.Дорофиенко
СОСТОЯНИЕ МУКОЦИЛИАРНОГО ТРАНСПОРТА У БОЛЬНЫХ ХРОНИЧЕСКИМ БРОНХИТОМ НА ФОНЕ ДЕЙСТВИЯ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ
РЕЗЮМЕ
У людей с большим стажем работы в угледобыче отмечаются существенные отклонения в работе мукоцилиарного аппарата, заключающиеся в нарушении пространственно-временных параметров (направления и частоты) колебательных движений ресничек мерцательных клеток соседних участков эпителиального пласта, в дезорганизации ритма и снижении частоты их биений вплоть до полной остановки.
SUMMARY
N.N.Dorofienko
MU COCILLIAR TRANSPORT IN COAL MINERS WITH CHRONIC BRONCHITIS
I In people working in coal mining there are I significant changes in mucocilliary apparatus |
activity, consisting in spatial-time paramétré disturbance (direction and frequency), cillium oscillation movement disturbance in adjacent cilliary epithelium.
Нарушения в системе местной защиты легких являются важным фактором, определяющим характер развития, течения и исход неспецифических заболеваний легких [1, 6]. Мукоцилиарный транспорт (МЦТ) является одним из ведущих проявлений местной защиты органов дыхания и имеет важное значение в обеспечении гомеостаза органов дыхания. Его роль ассоциируется с первой линией защиты респираторной системы от действия агрессивных факторов внешней среды. Наименее изученным структурнофункциональным компонентом МЦТ является цилиарный аппарат мерцательного эпителия дыхательных путей - основной фактор мукоцилиарного очищения [3, 7]. Эффективность его деятельности зависит от вязкоэластических и адгезивных свойств трахеоб-
