CC BY
61
© М. І. Марущак, К.С. Волков, Н.І. Ярема
УДК 616.24-031.84-092]-092.9
М. І. Марущак, К.С. Волков, Н.І. Ярема
УЛЬТРАСТРУКТУРНІ ЗМІНИ РЕСПІРАТОРНОГО ВІДДІЛУ ЛЕГЕНЬ ЩУРІВ НА РАННІХ СТАДІЯХ ГОСТРОГО УРАЖЕННЯ ЛЕГЕНЬ
ДВНЗ «Тернопільський державний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України» (м. Тернопіль)
Дане дослідження є частиною комплексної науково-дослідної роботи «Експериментальне дослідження закономірностей апоптозу в умовах тяжкої комбінованої травми», № держ.реєстрації 0110711001938.
Вступ. У більшості хворих розвиток синдрому гострого ураження легень пов’язують із наявністю легеневих і позалегеневих уражень. Найчастішою причиною є пневмонія, важкий сепсис, аспірація шлункового вмісту, кровотеча і шок внаслідок великої травми [5, 6, 9]. З поліпшенням лікування смертність хворих з гострим респіраторним дистрес-син-дромом у США за останні роки знизилася до 35-40 %. Приблизно 10 % всіх пацієнтів відділень інтес-нівної терапії страждають від гострої дихальної недостатності, 20 % серед яких підходять під критерії гострого ураження легень (ГУЛ) або гострого респіраторного дистрес-синдрому [7].
У вітчизняній та зарубіжній літературі недостатньо висвітлені питання мікроскопічних змін легень у різні етапи ГУЛ внаслідлк аспірації, що є важливим для вибору тактики лікування та обумовлює актуальність даного дослідження.
Мета дослідження - з’ясувати мікроскопічні зміни в легенях при експериментальному ГУЛ через 2 та 6 годин.
Об’єкт і методи дослідження. Досліди були проведені на 60 білих статевозрілих нелінійних щурах масою 200-220 г, що утримувались на стандартному раціоні віварію Тернопільського державного медичного університету імені І.Я. Горбачевського. Тварин розділили на 3 експериментальні групи: 1-ша - контрольна група (п=12), 2-га - моделювання ГУЛ, спостереження через 2 год (п=12), 3-тя - моделювання ГУЛ, спостереження через 6 год (п=12). Усі втручання проводили з дотриманням принципів “Європейської конвенції про захист хребетних тварин, які використовуються для експериментальних та наукових цілей” (Страсбург, 1985) та ухвали Першого національного конгресу з біоетики (Київ, 2001). Для дослідженя вибрали нейтрофіл-за-лежну експериментальну модель ГУЛ з інтратрахе-альним введенням гідрохлоридної кислоти, рН 1,2 в дозі 1,0 мл/кг на вдиху [4]. Після закінчення експерименту всі тварини піддавалися евтаназії. Забір та вирізка матеріалу для електронно-мікроскопічного
дослідження здійснювались у тварин у наикоротшии термін через 2 та 6 години після ураження.
Для електронномікроскопічних досліджень забирали маленькі шматочки респіраторного відділу легень, з краИових часток. матеріал фіксували у 2,5% розчині глютаральдегіду, постфіксували 1% розчином тетраокису осмію на фосфатному буфері, зневоднювали в спиртах і ацетоні та заливали в суміш арал-диту з епоксидними смолами [2]. Ультратонкі зрізи, виготовлені на ультрамікротомі І_КВ-3, контрастували уранілацетатом та цитратом свинцю за методом РеИнольдса і вивчали в електронному мікроскопі ПЕМ-125К.
Результати досліджень та їх обговорення.
Проведені електронно-мікроскопічні дослідження респіраторного відділу легень через 2 години після дії гідрохлоридної кислоти встановили, що для альвеол характерні реактивні зміни. Це проявляється розширенням і кровонаповненням просвітів кровоносних капілярів, в яких наявні форменні елементи крові: еритроцити, лімфоцити, тромбоцити, окремі можуть щільно прилягати до плазмолеми ендотеліоцитів.
Рис. 1. Ультраструктура альвеоли через 2 години при експериментальному гострому ураженні легень. Широкий просвіт гемокапіляра з еритроцитами (1), ядро ендотеліоцита (2), тонкий аерогематичний бар’єр (3), ділянка його набряку (4). х 5 000.
Рис. 2. Субмікроскопічна організація альвеолярного макрофага через 2 години експериментального гострого ураження легень. Ядро (1), первинні і вторинні лізосоми (2), цитоплазматичні вирости (3). х 7 000.
У цей термін досліду (2-га дослідна група) помірно змінюється структурна організація компонентів аерогематичного бар’єру (АГБ). Базальна мембрана на окремих ділянках витончена, на окремих втрачає чіткість. Альвеолярний епітелій має як тонкі електроннощільні, так і місцями потовщені, просвітлені цитоплазматичні ділянки альвеолоцитів 1 типу. У таких ділянках плазмолема стає хвилястою, утворюває вип’ячування. Ядра ендотеліоцитів і респіраторних епітеліоцитів мають подовгасту форму, з невеликими інвагінаціями каріолеми. В їх каріоплаз-мі переважає еухроматин, ядерця спостерігаються рідко (рис. 1).
В цитоплазмі ендотеліоцитів і респіраторних епітеліоцитів органел мало, вони локалізовані у пара-нуклеарних ділянках цитоплазми, зменшується кількість піноцитозних пухирців.
В легенях 2-гої дослідної групи змінюється також ультраструктура альвеолоцитів 2 типу. Ядра багатьох клітин виглядають ущільненими, в каріоплазмі зростає вміст гетерохроматину. Осміофільні його ділянки мають вигляд невеликих грудок, а в основному гетерохроматин розміщений біля внутрішньої ядерної мембрани. Перинуклеарний простір відносно рівномірний, наявні окремі його розширення, ядерних пор в каріолемі мало.
У цитоплазмі таких клітин слоїстих тілець небагато, вони крупні, мають більше світлих ніж осміо-фільних слоїстих ділянок. Можливо це пов’язано з виходом секрету і для підтримки стану сурфактанту на поверхні альвеол. Частина мітохондрій гіпер-трофована, має локально просвітлений матрикс і пошкоджені кристи. Канальці гранулярної ендоплазматичної сітки непротяжні, більша їх частина з вузькими просвітами, а тільки окремі ділянки потовщені. На поверхні їх мембран мало рибосом. У диктіосомах комплексу Гольджі мало цистерн і вакуолей. Такий стан органел, що забезпечують секреторний
Рис. 3. Субмікроскопічні зміни альвеоли через 6 годин при експериментальному гострому ураженні легень. Просвіт гемокапіляра з форменними елементами крові (1), ендотеліоцит (2), аерогематичний бар’єр (3). х 6 000.
процес у альвеолоцитах другого типу, свідчить про пригнічення вироблення сурфактанту. Апікальна ділянка плазмолеми клітин має мікроворсинки, але вони невисокі
Субмікроскопічно встановлено, що альвеолярні макрофаги в цей термін досліду мають структурні ознаки функціональної активності. Ядра макрофагів округлої форми, мають окремі неглибокі інвагінації каріолеми, в каріоплазмі визначається ядерце та невеликі грудки гетерохроматину. В цитоплазмі таких клітин спостерігаються первинні і вторинні лізосоми, а також крупні фагосоми. Плазмолема макрофагів нерівна, утворює випинання, мікровирости та інвагінації, які сприяють процесу фагоцитозу (рис. 2).
Субмікроскопічні дослідження респіраторного відділу легень при експериментальному ГУЛ і, проведені через 6 годин показали, що багато альвеол мають широкі просвіти кровоносних капілярів, які виповнені форменими елементами крові. Наявні еритроцити, сегментоядерні нейтрофіли, тромбоцити, лімфоцити. Ядра ендотеліоцитів і респіраторних альвеолоцитів зміненої форми за рахунок інвагі-націй, що утворені каріолемою.
Аерогематичний бар’єр має потовщену нерівну стінку. Встановлений набряк і просвітлення цитоплазматичної ділянки респіраторних епітеліоцитів майже на всій поверхні альвеол у тварин 3-ої експериментальної групи. їх плазмолема хвиляста за рахунок нерівномірного потовщення цитоплазми. В ній мало піноцитозних пухирців, є окремі вакуолі, а органели нечисленні і деструктивно змінені. Товщина базальної мембрани нерівномірна, наявні локально потовщені її ділянки, вузькі, а також нечітко контуровані.
Цитоплазматична частина ендотеліальних клітин також має різну товщину, утворює вип’ячування в просвіт кров’яного капіляра (рис. 3).
Рис. 4. Фрагмент альвеоли через 6 годин при експериментальному гострому ураженні легень. Ядро ендотеліоцита (1), змінені органели у цитоплазмі (2), цитоплазматична ділянка альвеолоцита І типу (3). х 25 000.
В цитоплазмі ендотеліоцитів наявні деструктивно змінені органели. Гіпертрофовані мітохондрії мають вогнищево просвітлений матрикс Зруйновані кристи. Короткі канальці ендоплазматичної сітки розширені, рибосом мало. Спостерігаються вакуо-леподібні структури, кавеол і піноцитозних пухирців небагато (рис. 4).
Для ультраструктури альвеолоцитів 11 типу тварин 3-ої дослідної групи характерні ядра з нерівними контурами каріолеми. Гетерохроматин утворює скупчення або розташований вздовж каріолеми. В цитоплазмі на місці її пластинчастих тілець наявні електроннопрозорі округлі вакуолеподібні структури, осміофільний слоїстий матеріал має невеликій об’єм і розташований по периферії. Нечсленні мітохондрії гіпертрофовані, мають гомогенний матрикс у якому кристи погано виявляються. Каналь-ців гранулярної ендоплазматичної сітки небагато, вони частково розширені, а на поверхні їх мембран мало рибосом. Цистерни в диктіосомах комплексу Гольджі поодинокі. На апікальній частині клітин плаз-молема має малі мікроворсинки, більша частина її оголена. Такий стан секреторних альвеолоцитів відповідає пригніченню їх функції.
Ультраструктура альвеолярних макрофагів свідчить про їх фагоцитарну активність. В цитоплазмі таких макрофагів наявні первинні осміофільні лізо-соми, крупні вторинні фагосоми. Частина органел деструктивно змінена. Округлі ядра виглядають зменшеними, нечіткі контури мембран каріолеми, ділянки гетерохроматину в каріоплазмі. Цитоплазматичні вирости спостерігаються на окремих ділянках поверхні, плазмолема в них нечітка, розрихлена (рис.5).
До компенсаторно-пристосувальних процесів у перші 2 години експерименту можна віднести по-внокрівя капілярів без розвитку агрегації еритроцитів, розширення альвеол без ознак здавлення
Рис. 5. Субмікроскопічна організація альвеолярного макрофага через 6 годин при експериментальному гострому ураженні легень. Невелике ядро (1), первинні (2) і вторинні (3) лізосоми, цитоплазматичні вирости (4). х 5 000.
капілярів у міжальвеолярних перетинках, притік нейтрофілів і макрофагів як фактор клітинного захисту, що попереджає генералізацію ураження. Проте, вже в першій стадії ГУЛ пригнічується вироблення сурфактанту внаслідок дистрофічних і деструктивних змін альвеолоцитів II типу, а також можливого ушкодження інтраальвеолярного пула сурфактанту легень гідрохлоридною кислотою, який проникає через структури АГБ, що зумовлює розвиток гіпоксії.
Ультрамікроскопічні зміни через 6 год. експериментального ГУЛ також свідчать про подальше посилення порушень мікроциркуляції та виявів дистрофічних, а також деструктивних і некротичних змін у клітинах, та прогресування гіпоксії. Кількість альвеолярних макрофагів у просвіті альвеол невелика й в основному представлена активними в функціональному відношенні формами, що свідчить про активацію системи місцевого захисту легень [1].
Встановлено, що в умовах гіпоксії відстань між ендотеліоцитами збільшується, що призводить до розвитку інтерстиційного та альвеолярного набряку [3], що може бути обумовлене викидом катехола-мінів та глюкокортикоїдів у відповідь на стрес, індукований екзогенними чи ендогенними факторами, зокрема, введенням гідрохлоридної кислоти, що підтверджується іншими дослідженнями [8].
Висновки. Дані ультраструктурного аналізу респіраторного відділу легень свідчать про те, що протягом перших 6-ти годин ГУЛ, індукованого інтра-трахеальним введенням гідрохлоридної кислоти, відмічено комплекс змін, які мають як компенсаторну, так дистрофічно-деструктивну спрямованість.
Перспективи подальших досліджень. Планується продовження вивчення ультраструктурних змін легень при ГУЛ, індукованому інтратрахеаль-ним введенням гідрохлоридної кислоти, через 12 і 24 години як віддалені наслідки дії патологічного чинника.
Список літератури
1. Горовая Э.В. Сурфактант легких и альвеолярные макрофаги новорожденных при воздействии внутриутробной гипоксии в эксперименте / Э.В. Горовая // Таврический медико-биологический вестник. - 1999. - № 1-2. - С. 94-97.
2. Саркисов Д.С. Микроскопическая техника / Д.С. Саркисов, Ю.Л. Петрова. - М.: Медицина, 1996. - 544 с.
3. Dembling R.H. The pathogenesis of respiratory failure after trauma and sepsis / R.H. Dembling // Surg. Clin. North Amer. -1980. - Vol. 60 (4). - P. 1373-1390.
4. Matute-Bello G. Animal models of acute lung injury / G. Matute-Bello, C. Frevert, T. Martin // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. - 200В. - V. 295. - P. 379-399.
5. Pediatric acute lung injury: prospective evaluation of risk factors associated with mortality / H.R. Flori, D.V. Glidden, G.W. Rutherford, M.A. Matthay // Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 2005. - Vol. 171. - P. 995-1001.
6. Randolph A.G. Management of acute lung injury and acute respiratory distress syndrome in children / A.G. Randolph / Crit. Care Med. - 2009. - Vol. 37. - P. 2448-2454.
7. Rubenfeld G.D. Epidemiology and outcomes of acute lung injury / G.D. Rubenfeld, M.S. Herridge // Chest. - 2007. - Vol. 131, № 2. - Р. 554-562.
В. The role of cytokines in the development of the pneumonia after aorto-coronary bypass at patients with ischemic heart disease / E. V. Markelova, E. P. Turmova, A. A. Silaev [et al.] // Pacific Medical Journal. - 2006. - № 2. - P. 35-37.
9. Ware L.B. The acute respiratory distress syndrome / L.B. Ware, M.A. Matthay // N. Engl. J. Med. - 2000. - Vol. 342. - P. 1334-1349.
УДК 616.24-031.84-092]-092.9
УЛЬТРАСТРУКТУРНІ ЗМІНИ РЕСПІРАТОРНОГО ВІДДІЛУ ЛЕГЕНЬ ЩУРІВ НА РАННІХ СТАДІЯХ ГОСТРОГО УРАЖЕННЯ ЛЕГЕНЬ
Марущак М.І., Волков К.С., Ярема Н.І.
Резюме. Наведені результати ультраструктурних змін легень при експериментальному гострому ураженні легень через 2 та 6 годин. Встановлено, що в першій стадії гострого ураження легень пригнічується вироблення сурфактанту внаслідок дистрофічних і деструктивних змін альвеолоцитів II типу, а також можливого ушкодження інтраальвеолярного пула сурфактанту легень гідрохлоридною кислотою, яка проникає через структури аерогематичного бар’єру, що зумовлює розвиток гіпоксії. Ультрамікроскопічні зміни через 6 год. експериментального гострого ураження легень також свідчать про подальше посилення порушень мікроциркуляції та виявів дистрофічних, а також деструктивних і некротичних змін у клітинах, та прогресування гіпоксії.
Ключові слова: гостре ураження легень, гідрохлоридна кислота, електронна мікроскопія.
УДК 616.24-031.84-092]-092.9
УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РЕСПИРАТОРНОГО ОТДЕЛА ЛЕГКИХ КРЫС НА РАННИХ СТАДИЯХ ОСТРОГО ПОРАЖЕНИЯ ЛЕГКИХ
Марущак М.И., Волков К.С., Ярема Н.И.
Резюме. Приведены результаты ультраструктурных изменений легких при экспериментальном остром поражении легких через 2 и 6 часов. Установлено, что в первой стадии острого поражения легких подавляется выработка сурфактанта вследствии дистрофических и деструктивных изменений альвеолоцитов II типа, а также возможного повреждения интраальвеолярного пула сурфактанта легких гидрохлоридной кислотой, которая проникает через структуры аэрогематического барьера, что обусловливает развитие гипоксии. Ультрамикроскопические изменения через 6 часов. экспериментального острого поражения легких также свидетельствуют о дальнейшем усилении нарушений микроциркуляции и проявлений дистрофических, а также деструктивных и некротических изменений в клетках, и прогрессировании гипоксии.
Ключевые слова: острое поражение легких, гидрохлоридная кислота, электронная микроскопия.
UDC 616.24-031.84-092]-092.9
Ultrastructural Changes Of The Respiratory Part Of Rats’ Lungs On The Early Stages Of Acute Lung Injury
Marushchak M.I., Volkov K.S., Yarema N.I.
Summary. Results of ultrastructural changes of the lungs at experimental acute lung injury are presented. The first stage of acute lung injury supressing of surfactant production was determined as a result of degenerative and destructive changes of alveolocytes type II, as well as possible damage intraalveolar pool of pulmonary surfactant by hydrochloric acid which penetrates through the structure of aero-hematic barrier, which leads to the development of hypoxia. After 6 hours of experimental acute lung injury ultramicroscopic changes suggest about further enhance of microcirculation disorders and manifestations of dystrophic, destructive and necrotic changes in cells, and the progression of hypoxia.
Key words: acute lung injury, hydrochloric acid, electron microscopy.
Стаття надійшла 2З.О4.2О12 р.
Рецензент - проф. Єрошенко Г.А.
