CC BY
62
УДК 616.248+616.233-02 (616-001.18/.19)
С.С.Целуйко
УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МУКОЦИЛИАРНОГО КЛИРЕНСА В НОРМЕ
И ПРИ ХОЛОДОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ГОУ ВПО Амурская государственная медицинская академия Минздравсоцразвития РФ
РЕЗЮМЕ
Комплекс проведенных электронно-
микроскопических исследований позволяет объективно оценить отрицательный эффект холодового воздействия на мукоцилиарный клиренс в трахее крыс. Холодовое воздействие (по 3 часа ежедневно при -25?С в течении 15 дней) приводит к ультраструктурным изменениям ресничек и микроворсинок реснитчатых клеток, гиперсекреции слизи бокаловидными клетками и увеличению числа наночастиц и микрофлоры.
Ключевые слова: низкие температуры,
мукоцилиарный клиренс, реснички и микроворсинки реснитчатого эпителия, наночастицы и микрофлора трахеи.
SUMMARY
S.S.Tseluyko
ULTRASTRUCTURAL ORGANIZATION
OF MUCOCILIARY CLEARANCE IN NORM AND UNDER THE COLD INFLUENCE
The complex of electron-microscopic researches allows to estimate objectively a negative effect of cold air influence on mucociliary clearance in the trachea of rats. Cold influence (3 hours daily at -25?С during 15 days) leads to ul-trastructural changes of cilia and microvillus of ciliated cells, a slime hypersecretion by goblet cells and the increase of nanoparticles and microflora number.
Key words: low temperatures, mucociliary clearance, cilia and microvillus of a cilia epithelium, nanoparticles and microflora of trachea.
Слизистая оболочка дыхательных путей подвергается непрерывному воздействию температурных и атмосферных, ингаляционных и токсических факторов внешней среды [6]. Одним из важнейших защитных механизмов легких является мукоцилиарный клиренс [3, 5]. Мукоцилиарный клиренс лежит в ос-
нове термической, механической, химической и про-тивоинфекционной защиты органов дыхания. Эффективное его осуществление возможно лишь при слаженной функции двух компонентов - реснитчатого аппарата эпителиального пласта и секреторной системы воздухоносных путей (секреторных клеток и белковослизистых желез, расположенных в подсли-зистом слое) [1].
Анализ влияния экологических факторов Дальневосточного региона показал, что особое значение при этом имеют низкие температуры, которое провоцирует усиление реакций перекисного окисления липидов (ПОЛ) и является одним из ведущих в структурных повреждениях тканей лёгкого [2, 4].
Экспериментальное холодовое воздействие на мукоцилиарный аппарат даёт прямое представление
о патологических процессах, протекающих в органах дыхания у жителей, проживающих в условиях с экстремальным климатом.
Целью работы была разработка морфологических критериев, позволяющих оценить работу мукоцилиарного аппарата при холодовом воздействии в экспериментальных условиях.
Материалы и методы исследования
Экспериментальное исследование было проведено на белых крысах-самцах, охлаждение которых проводили в климатической камере (тип 3001 “ILKA”, Германия) при температуре -15?С в течение 15 дней по 3 часа ежедневно.
Материал экспериментальных исследований (трахея) обрабатывали для трансмиссионной микроскопии (электронный микроскоп Tecnai G2 Spirit TWIN, Голландия) по методу Coalson, Winteret [et al.] (1986). Контрастирование кислых мукоидов осуществлялось с помощью рутениевого красного по методике Лафта [7].
Результаты исследования и их обсуждение
Эпителиальная выстилка воздухоносных путей крыс покрыта жидким слоем, состоящим из вязкой гелеобразной и водной фаз (рис. 1). Вязкая гелеобразная часть мокроты при электронномикроскопическом исследовании и контрастировании рутениевым
Рис. 1. Эпителиальная выстилка воздухоносных путей покрыта жидким слоем, состоящим из водной (2) и вязкой гелеобразной фаз (1).
2 иш
Рис. 2. Ультраструктура реснитчатых клеток. На поверхности ресничек выявлены шипообразные образования в количестве от 6 до 10 штук (стрелки), которые контрастируются рутениевым красным (вставка 100 пт). Увеличение ? 250000.
красным состоит из длинных и коротких анастомози-рующих эластических нитей с включенными между ними остатками разрушенных клеток, микроорганизмов, инородных частиц. Водная фаза - электроннопрозрачная часть мокроты содержащая микровезикулы, иммуноглобулины в и А8, жидкость с растворенными электролитами натрия, калия, хлоридов и др.
По данным электронно-микроскопических исследований мокроту можно сравнить с многокомпонентным коллоидным раствором, в состав которого входят высокомолекулярные соединения. Реснички погружены в водную фазу, покрывающую эпителиальную выстилку до основания ресничек и микроворсинок. И только своей верхушкой реснички упираются в гелеобразный слой слизи. В участках, где слизь отсутствует, глубина жидкого слоя соответствует длине ресничек - 5-7 мкм, при наличии слизи его глубина бывает немного меньше. Каждая дифференцированная реснитчатая клетка имеет на своей апикальной поверхности до 150-200 ресничек, у которых одинаковая (около 5-7 мкм) длина; их диаметр равен 0,2-0,3 мкм. На поперечных срезах ресничек видны четко организованные комплексы микротрубочек (одна центральная пара и 9 периферических) - таким образом, реснички содержат контрактильные структуры, обеспечивающие их сокращение и расслабление.
При детальном исследовании нами впервые у ин-тактных животных на поверхности ресничек выявлены шипообразные образования в количестве от 6 до 10 шт. Кислые муцины выявленные с помощью рутениевого красного маркируют эти структуры. Их химический состав и функция неизвестны (рис. 2).
Транспорт слизи происходит неравномерно, прерывистыми импульсами и связан непосредственно с функцией ресничек, а не является результатом движения водной фазы, как думали ранее. Во время колебания ресничек в фазе «удара» апикальные концы ресничек упираются в слизь или проникают в нее не более чем на 0,5 мкм. По всей вероятности обнаруженные нами шипообразные образования принимают участие в транспорте вязкой гелеобразной фазы. В последующей фазе, когда ресничка отклоняется, слизь перемещается вдоль жидкой фазы. При этом околорес-нитчатая жидкость изменяет свое положение незначительно, ее стабилизаторами служат микроворсинки, в области которых возможно всасывание жидкости путем эндоцитоза.
Помимо ресничек, на апикальной поверхности реснитчатых клеток имеются микроворсинки - выпячивания апикальной плазмолеммы. Каждая из них имеет в поперечнике 0,1-0,5 мкм, а в длину достигает
0,5-2 мкм и окружена тонкой сеточкой кислых гликопротеидов контактирующих с соседними микроворсинками. При контрастировании рутениевым красным вокруг ресничек и особенно микроворсинок выявляется гликокаликс состоящий из кислых муцинов.
Микроворсинки могут ветвиться, увеличивая площадь поверхности клеток и принимают участие в обмене веществ между клеткой и внешней средой.
Вся апикальная плазмолемма, включая микроворсинки и реснички, покрыта мукополисахаридами, которые состоят из разветвленных цепей гликопротеидов, встроенных в плазмолемму клеток.
Секреторная функция реснитчатых эпителиоцитов выражается в отпочковывании от ресничек и микроворсинок мелких везикул, выходящих затем в просвет бронхов и сохраняющих на своей поверхности и внутри весь набор гидролитических ферментов.
Среди микровезикул нами впервые обнаружены микроорганизмы и наночастицы - «нанобактерии» размерами до 50 нанометров. В их содержимом отсутствуют гидролитические ферменты. Наружная плаз-молемма хорошо контрастируется рутениевым красным. Внутри них выявляется сетчатое электронноплотное ядро напоминающие кристалл. Большинство наночастиц имеет отверстие, через которое у многих из них при холодовых воздействиях происходит выделение содержимого. Происхождение и функция этих наночастиц неизвестна (рис. 3 А, Б).
Основой бронхиальной слизи являются муцины, которые продуцируются преимущественно подслизи-стыми железами бронхов и в значительно меньшей степени бокаловидными клетками эпителия бронхов. Секретируемые муцины (МиС2, МиС5АС, МиС5В, МиСб, МиС7, МиС8) вносят свой вклад в обеспечение вязкостноэластических свойств бронхиального секрета. Из всех секретируемых муцинов наибольшее значение при воспалительных заболеваниях имеют МиС5АС в бокаловидных клетках, а также МиС2 и МиС5В - в железах подслизистого слоя [6].
При холодовом воздействии резко возрастает активность секреции бокаловидными клетками. Образующиеся ими при длительном холодовом воздействии комплексы муцины-сульфаты составляют 60-70% вещества гелеобразного слоя слизи определяя ее сложную фибриллярную структуру и превышает объем слизи продуцирующий железами подслизистой основы трахеи. Муцины обеспечивают фиксацию воды, ионов, белков и антигенов, разрушенных клеток эпителия и этим значительно увеличивают толщину гелеобразного слоя. Они адсорбируют компоненты кининовой системы, что обуславливает их противовоспалительный эффект.
При холодовом воздействии утолщенный слизистый слой препятствует движению ресничек, так как они не упираются в слой слизи и не перемещают ее, у них не выявляются «шипообразные» образования на апикальном полюсе. В некоторых участках перицили-арная жидкость отсутствует, реснички не могут осуществлять движения и склеиваются. Появляются реснитчатые клетки с «веерообразным» расположением ресничек. В результате холодового воздействия у многих ресничек наблюдаются выпячивания мембраны с апикального полюса и боковых стенок с образованием микровезикул и уплощенных мембранных пакетов (рис. 3). Кроме этого нами обнаружены склеенные реснички с уплотненной сердцевиной и деформированной плазмолеммой (рис. 4 А, Б).
Нередко при длительном холодовом воздействии выявляются реснички в состоянии отека, часть ресничек теряет мембраны и выявляются только сократительное микротрубочки (рис. 4 В). Эти изменения предшествуют увеличению кислых мукоидов окрашенных рутениевым красным вокруг ресничек и микроворсинок (рис. 5, 6) при этом в цитоплазме реснитчатых клеток эпителия образуются слоистые образования (рис. 5 А).
Рис. 3. Среди микроорганизмов обнаружены наночастицы - «нанобактерии» размерами от 50 до 70 нанометров, часть из них имеет отверстие (стрелки), через которое при холодовых воздействиях происходит выделение содержимого.
Рис. 4. Строение р есничек при холодовом воздей ствии. В результате холодовог о воздействия наблюдаются выпяччваиия мембраны с апикального полюса (В) и боковых стенок (А, Б) ресничек (стрелки) с образованием микровезикул и уплощенных мембранных пакетов. Увеличение (Б, В) ? 150000.
Рис. 5. Строение ресничек при холодовом воздействии.
Рис. 6. Строение ресничек при холодовом воздействии. Значительное увеличение кислых мукоидов, окрашенных рутениевым красным, выявляется вокруг микроворсинок, ресничек и в цитоплазме реснитчатых клеток эпителия в виде слоистых образований.
Выводы
Весь комплекс морфологических изменений в трахеи крыс при охлаждении характерен для стадии адаптивного напряжения, при котором возникают выраженные деструктивные изменения ресничек и микроворсинок эпителия дыхательных путей и нарушение работы мукоцилиарного клиренса. На поверхности эпителиального пласта возрастает количество бронхиального секрета, в его составе выявляется высокое содержание гликозаминогликанов, микроорганизмов и наночастиц.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гавриленко И.С. Мокрота. Исследование трахеобронхиального содержимого (ТБС) / Военномедицинская академия. СПб., 1999. С. 1-10.
2. Доровских В.А., Бородин Е.А., Целуйко С.С. Антиоксиданты в профилактике и коррекции холодо-
вого стресса. Благовещенск: Изд-во Амурской ГМА, 2001. 183 с.
3. Доровских В.А., Красавина Н.П., Целуйко С.С. Мукоцилиарный клиренс органов дыхания на фоне действия недокромила натрия и лазерного облучения в клинике и эксперименте // Бюл. физиол. и патол. дыхания. 2009. Вып.32. С.7-11.
4. Камышников В.С., Колб В.Г., Ломако М.Н. Липидный обмен при неспецифических заболеваниях лёгких // Сов. медицина. 1984. №10. С.3-7.
5. Красавина Н.П., Целуйко С.С. Тучные клетки органов дыхания и перспективы их изучения (обзор литературы) // Бюл. физиол. и патол. дыхания. 2004. Вып.19. С.74-79.
6. Респираторная медицина / под ред. А.Г. Чуча-лина. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. Т.1. С.23-338.
7. Luft I.H. Ruthenim red and violet (1966). В кн. Г. Гайер. Электронная микроскопия. М.: Мир, 1974. С.264.
Поступила 13.07.2009
Сергей Семенович Целуйко, зав. кафедрой гистологии и ЦНИЛа АГМА,
675000, г. Благовещенск, ул. Горького, 95;
Sergey S. Tseluyko, 95, Gorkogo Str., Blagoveschensk, 675000;
E-mail: agma@amur.ru
УДК 616, 24-002, 128/,528: 616-073,759
А.В.Леншин1, Т.В.Шендерук1, Ю.В.Суслова2, О.В.Демура3
ОСОБЕННОСТИ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ ДИССЕМИНИРОВАННЫХ И ИНТЕРСТИЦИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ЛЕГКИХ НА АМБУЛАТОРНО-ПОЛИКЛИНИЧЕСКОМ ЭТАПЕ.
ДИАГНОСТИКА МУКОВИСЦИДОЗА ЛЕГКИХ (СООБЩЕНИЕ II)
1 Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания Сибирского отделения РАМН, 2ГОУ ВПО Амурская государственная медицинская академия Минздравсоцразвития РФ,
3Амурская областная клиническая больница, Благовещенск
РЕЗЮМЕ
К диссеминированным и интерстициальным заболеваниям легких, безусловно, относится и муковисцидоз. В работе изучены особенности клинико-рентгенологических данных взрослых пациентов. Дана оценка эффективности компьютерной томографии высокого разрешения в идентификации легочных проявлений муковисцидоза. Для дифференциальной диагностики предложено использование "метода паттернов порядка в диагностике и прогнозе".
Ключевые слова: диссеминация легких,
интерстициальные заболевания, муковисцидоз взрослых, лучевая диагностик, компьютерная томография.
SUMMARY
A.V.Lenshin, T.V.Shenderuk, J.V.Suslova, O.V.Demura
RADIODIAGNOSTICS PECULIARITIES OF DISSEMINATED AND INTERSTITIAL LUNG DISEASES AT OUT-PATIENT AND POLICLINICAL STAGE.
THE DIAGNOSTICS OF CYSTIC FIBROSIS IN ADULTS (PART II)
There is no doubt that cystic fibrosis in adults belongs to disseminated and interstitial lung diseases. The peculiarities of adult patients clinical and radiological data have been studied. The effectiveness of computer-aided tomography of high resolution in identification of cystic fibrosis lung manifestations has been estimated. For dif-
