CC BY
18УДК: 615.099-076.4+613.81+616-092.9+616.681
УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ТЕСТИКУЛАХ ПРИ ОСТРОМ ОТРАВЛЕНИИ АЛКОГОЛЕМ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Бабанин А. А.1, Уланов В. С.2
'Советник ректора ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского» по медицинскому образованию и науке
2Кафедра судебной медицины. Медицинская академия имени С.И. Георгиевского ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И.
Вернадского», 295051, бульв. Ленина 5/7, Симферополь, Россия
Для корреспонденции: Уланов Владимир Сергеевич, старший преподаватель кафедры судебной медицины
Медицинской академии имени С.И. Георгиевского ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», е-mail: ylyan4ik@
mail.ru
For correspondence: Ulanov Vladimir Sergeevich, Senior Lecturer of the Department of Forensic Medicine of Medical
Academy named after S.I. Georgievsky of Vernadsky CFU, е-mail: [email protected]
Information about authors:
Babanin А. А., http://orcid.org/0000-0002-8907-6655
Ulanov V. S., http://orcid.org/0000-0002-4096-2787
РЕЗЮМЕ
Изучение ультраструктурных изменений яичек при воздействии алкоголя представляют большой интерес, как с позиций особенностей органогенеза, так и изменения их репродуктивной функции.
Проведенное исследование показало, что обнаруженные изменения в паренхиматозных и стромальных элементах семенников крыс при острой алкогольной интоксикации сводятся к умеренно выраженным дистрофическим изменениям, как в паренхиме, так и в стромально-сосудистом компоненте, а также накоплению отечной жидкости во всех структурных элементах яичек. По нашему мнению, выявленные изменения не способны каким-либо образом значимо отразиться на функциональном состоянии тестикул при острой интоксикации. Вероятно, более длительное воздействие токсиканта может обусловить более значительное повреждение структур оболочки извитых канальцев, увеличение количества сустентоцитов с выраженными дистрофическими изменениями, что в свою очередь приведет к нарушению функции органа.
Ключевые слова: алкоголь; яички; отравление; ультраструктура.
ULTRASTRUCTURAL CHANGES IN TESTICULES DUE TO ACUTE ALCOHOL INTOXICATION IN EXPERIMENT
Babanin A. A.1, Ulanov V. S.2
'Vernadsky CFU
2Medical Academy named after S.I. Georgievsky of Vernadsky CFU
SUMMARY
Studies of ultrastructural changes in the testes under the influence of alcohol are of a great interest in the aspects of the organogenesis features and changes of the reproductive function.
The study has shown that the observed changes in the parenchymal-stromal elements of testicles in acute alcohol intoxication are confined to moderately pronounced dystrophic changes in both the stroma, parenchyma and the vascular component, as well as accumulation of the edematous fluid in all structural elements of the testes. In our opinion, the revealed changes are incapable in any way to significantly affect the functional state of testicles in acute intoxication. It is likely that a longer exposure to the toxicant can cause more damage to the structures of the envelope of the convoluted tubules, an increase in the amount of the sacrificial cells with pronounced dystrophic changes, which in turn will lead to a disruption of the organ function.
Key words: alcohol; testicles; poisoning; ultrastructure.
Этиловый алкоголь является этиологическим фактором 60 заболеваний и играет роль в патогенезе 200 заболеваний по данным ВОЗ. [1] Употребление алкоголя приводит к формированию так называемой «алкогольной болезни» - следствию токсического воздействия этанола и его метаболитов на внутренние органы.
Исследования ряда авторов [2, 3, 4] показали, что поражение внутренних органов в результате действия этанола могут носить как
системный, так и сочетанный характер, причем преобладает, как правило, патология какого-либо одного органа: головного мозга, печени, сердца, желудка, поджелудочной железы, кишечника, репродуктивной системы и др. [5].
Изучение ультраструктурных изменений в яичках при воздействии алкоголя позволят более детально представить морфо-функци-ональные сдвиги и изменения, развивающиеся в органе, что представляет интерес как
с позиций особенностей органогенеза, так и изменения их репродуктивной функции.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве материала для экспериментальной части морфологического исследования изучили яички половозрелых крыс-самцов линии «Вистар», массой от 160 до 200 грамм. [6].
Острую алкогольную интоксикацию моделировали по методике В.А. Кононяченко с со-авт. [7], согласно которой 40% раствор этанола вводился внутрижелудочно однократно с помощью зонда из расчета 0,04 мл на 1 грамм массы животного. В контрольную группу вошли 6 крыс-самцов, условия содержания для которых были идентичными с подопытными животными, без ограничения подвижности с соблюдением одинакового пищевого и водного рационов.
Материал для электронной микроскопии фиксировали на холоде в 2,5 %-ом растворе глю-тарового альдегида на фосфатном буфере с рН 7,4 с последующей дофиксацией по Milloning [8] 1% раствором OsSO4. После обезвоживания в батарее ацетонов и пропитки, кусочки яичников заливали в смесь эпона с аралдитом и помещали в термостат при температуре +600С на 48 часов для полимеризации смолы. На ультратоме «LKB- III» готовили полутонкие срезы, окрашивали толлуидиновым синим. Ультратонкие срезы окрашивали уранилацетатом и цитратом свинца [9, 10], изучали в электронном микроскопе с последующей фотодокументацией.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При остром алкогольном отравлении в семенниках половозрелых крыс Вистар наблюдаются выраженные изменения, как в паренхиме, так и в строме органа.
В генеративном аппарате выявлены максимальные изменения. Извитые семенные канальцы семенников крыс Вистар при острой алкогольной интоксикации разделяются прослойками стромы, в которой все структурные компоненты подвергаются выраженным изменениям по типу гидропической дистрофии. Оболочка извитых канальцев, служащая опорой для сперматогенного эпителия и образующая многослойный барьер между стромой и сперматоген-ным эпителием, сохраняет все компоненты - ба-зальную мембрану, перитубулярные миоидные клетки, пучки соединительнотканных волокон и перитубулярные фибробласты и фиброциты. Однако указанные структуры подвергаются резкому отеку и дистрофическим изменениям. Ба-зальная мембрана умеренно равномерно утолщается, имеет примерно одинаковую электронную плотность на всем протяжении (рис. 1 А).
Соединительнотканные волокна подвергаются неравномерному отеку, набуханию, пучки волокон рыхло расположены в результате накопления отечной жидкости и дезорганизации (рис. 1 Б).
Рис. 1. Изменения генеративного аппарата семенника крыс при острой алкогольной интоксикации. Ультраструктура поперечного среза стенки извитого семенного канальца. Трансмиссионная электронная микроскопия. А. Неравномерное утолщение стенки обусловлено набуханием и дезорганизацией соединительнотканных волокон, скоплением отечной
жидкости. Ув. 5200х. Б. Отек, разволокнение и неравномерное утолщение соединительнотканных волокон формируют волнообразно-извилистые контуры базальной мембраны канальца. Дистрофические изменения миоидных клеток. Ув. 4000х.
Миоидные клетки и клетки фибробласти-ческого дифферона в оболочке канальцев не формируют непрерывного слоя. Практически все клеточные элементы имеют признаки дистрофических изменений по типу выраженного гиперхромного набухания. Изменяется контур оболочки канальцев - становится волнообразно-извилистым. Базальная мембрана образует значительные вдавления внутрь просвета канальца из-за неравномерно утолщенных и разрыхленных волокон (рис. 1 А, Б).
Между структурами оболочки выявляются щелевидные расслоения, заполненные отечной жидкостью (рис. 2). Возможно, что такие изменения обусловлены дискретным расположением у крыс сперматогенного эпителия в разных канальцах. И на стадиях сперматогенеза с более активным поглощением веществ из кровеносных капилляров, происходит более значительная интоксикация, что обуславливает выявленные изменения структур стенки.
Рис. 2. Поперечный срез стенки извитого семенного канальца крыс Вистар при остром алкогольном отравлении. Формирование множественных
отечных полостей в базальном слое канальца. Полутонкий срез. Окраска толуидиновым синим.
Ув. 1000х.
В стенке извитых семенных канальцев выявляются дискретно расположенные сустентоци-ты - опорные клетки Сертоли. При алкогольном отравлении отечная жидкость проникает через оболочку канальцев и неравномерно накапливается преимущественно в базальном слое эпителиальной выстилки канальцев. Из-за этого между сустентоцитами и сперматогенным эпителием нарушается плотность прилегания клеток этих двух взаимосвязанных в жизнедеятельности клеточных дифферонов (рис. 3 А, Б). В базаль-ном слое резко уменьшается число латеральных отростков сустентоцитов для контактов со син-цитиально связанными между собой клетками сперматогенного эпителия, зон специализированных контактов, которые окружают созрева-
ющие половые клетки. Латеральная поверхность сустентоцитов в базальном слое приобретает втянутые контуры и почти гладкую поверхность. Как следствие в базальном слое формируются нередко значительные по величине полости между вышеуказанными типами клеток.
Б
Рис. 3. Ультраструктура поперечного среза стенки извитого семенного канальца при остром алкогольном отравлении. Трансмиссионная электронная микроскопия. А. Накопление значительного количества отечной жидкости между сустентоцитом и клетками
сперматогенного эпителия в базальном слое извитого семенного канальца. Единичные межклеточные контакты. Ув. 5200х. Б. Синцитиальный клон дифференцирующихся клеток сперматогенного эпителия. Ув. 3200х.
2018, т. 8, № 2
Основная масса сустентоцитов имеет умеренно выраженные дистрофические изменения. В базальной части клеток расположены крупные ядра, как правило, неправильной округло-треугольной формы. Они содержат обычно мелкодисперсный гетерохроматин по протяжению внутренней мембраны кариолеммы. Ядрышки небольшие, имеют довольно низкую электронную плотность. Цитоплазма сустентоцитов имеет среднюю электронную плотность, органеллы сосредоточены преимущественно в апикальной части клеток и довольно хорошо развиты. Эндо-плазматическая сеть имеет вид очень многочисленных мелких резко расширенных везикул и цистерн, которые расположены преимущественно в апикальной и латеральной частях клетки. Митохондрии небольшие, округлые, содержат электронноплотный матрикс, плохо различимые кристы. Липидные включения также многочисленны, имеют вид мелких округло-овальных телец высокой электронной плотности; преимущественно расположены они также в апикальной и латеральной частях цитоплазмы сустен-тоцитов (рис. 3 А, Б). Тот факт, что органеллы сустентоцитов преимущественно локализуются в латеральной и апикальной частях цитоплазмы, видимо, отражает активацию процессов трофики созревающих сперматоцитов при снижении скорости транспорта трофических веществ в сустентоциты со стороны базальной мембраны. Степень дистрофических изменений самих су-стентоцитов довольно значительно различается в канальцах у одного и того же животного - от умеренно выраженных гидропических изменений до явлений баллонной дистрофии (рис. 4 А). Явления баллонной дистрофии сустенто-цитов выявляются в единичных клетках. Такие изменения сопровождаются резким просветлением структур ядра и цитоплазмы, бедностью органелл в результате их деструкции, почти полным исчезновением липидных включений, образованием многочисленных вакуолей преимущественно в апикальной части клеток, находящейся в адлюминальном слое. В ряде су-стентоцитов митохондрии очень многочисленны, и преимущественно заполняют апикальную часть клеток. Митохондрии овальные, округлые и даже шнуровидные, имеют довольно четкую структуру, уплотненный матрикс и многочисленные кристы (рис. 4 Б). Во многих сустентоци-тах наблюдается практически полная деструкция крист митохондрий, разрыв ограничивающей наружной мембраны. Участки цитоплазмы сустентоцитов, контактирующие со спермати-дами, содержат многочисленные везикулы различной величины, имеющие электроннопроз-рачное содержимое. В адлюминальном слое со-
Б
Рис. 4. Ультраструктура адлюминального слоя стенки извитых семенных канальцев при остром алкогольном отравлении. Трансмиссионная
электронная микроскопия. А. Дистрофические изменения сустентоцита. Формирование хвостового отдела сперматозоида. Ув. 3600х. Б. В цитоплазме сустентоцитов многочисленные митохондрии, расширенные везикулы. Межклеточные контакты клеток сперматогенного эпителия и сустентоцитов не повреждены, многочисленны. Ув. 6000х.
храняется значительное число межклеточных контактов между сустентоцитами и клетками сперматогенного эпителия. Число межклеточных контактов существенно не отличается от данных контроля, что обуславливает довольно плотное соединение сперматид и сустентоци-тов. Несмотря на выявленные дистрофические изменения в клетках, образующих внутреннюю выстилку канальцев, топография клеток сперматогенного эпителия в стадии созрева-
ния и формирования существенно не отличается от их особенностей у контрольных крыс.
Морфологические изменения половых клеток и их предшественников. В базальном слое около базальной мембраны в один слой расположены сперматогонии. Среди спермато-гоний преобладают светлые клетки, темные сперматогонии - единичны. Цитоплазма последних гомогенно гиперхромная, плохо различимы структуры ядра. Светлые спермато-гонии составляют основную часть этой популяции, имеют электронносветлую цитоплазму с почти полным отсутствием органелл. Ядро их округлое, содержит небольшое ядрышко, мелкие и немногочисленные глыбки гетерох-роматина, выявляемые обычно вблизи кари-олеммы. Ряд сперматогоний подвергаются выраженным дистрофическим изменениям.
В синцитиальных соединениях спермато-генного эпителия значительно снижается количество межклеточных контактов. Накопление отечной жидкости обуславливает образование расширенных полостей между клетками сперматогенного. Сперматоциты и спермати-ды расположены более рыхло, чем в контроле, это сопровождается некоторым нарушением четкой дискретности распределения клеток сперматогенного эпителия. Указанные изменения выявляются в клетках преимущественно базального слоя канальцев. В апикальной части сустентоцитов, обращенной в просвет извитого семенного канальца, обнаруживаются клетки сперматогенного эпителия в стадии формирования. В просвете канальцев выявляются сперматозоиды, цитоплазма которых содержит остатки резидуальной плазмы (рис. 5).
Рис. 5. Просвет извитого семенного канальца при остром алкогольном отравлении. Трансмиссионная электронная микроскопия. Сперматозоиды с остатками резидуальной плазмы. Ув. 3000х.
Существенных изменений в структуре клеток сперматогенного эпителия в адлюминаль-ном слое при остром алкогольном отравлении половозрелых крыс Вистар не обнаружено. В адлюминальном слое сохраняется значительное число межклеточных контактов между сустентоцитами и клетками сперматогенного эпителия (рис. 4). Число межклеточных контактов существенно не отличается от данных контроля, что обуславливает довольно плотное соединение сперматид и сустентоцитов. Несмотря на выявленные дистрофические изменения в клетках, образующих внутреннюю выстилку канальцев, топография клеток сперматогенно-го эпителия в стадии созревания и формирования существенно не отличается от контроля.
В эндокринноцитах также выявлены дистрофические изменения. В строме органа определяются эндокриноциты (интерстициальные клетки Лейдига), общее количество которых существенно не изменяется по сравнению с данными контроля. Интерстициальные клетки Лейдига обнаруживаются в виде небольших групп, расположенных между стенками извитых семенных канальцев, чаще в месте их поворота, а также в непосредственной близости от стенок кровеносных сосудов. Среди светлых и темных преобладают светлые клетки Лейдига (рис. 6). При этом в эндокриноцитах обнаруживаются дистрофические изменения различной степени выраженности, развиваются изменения, протекающие по типу баллонной дистрофии. Характерна более значительная степень поражения светлых эндокриноцитов по сравнению с темными.
Рис. 6. Умеренные дистрофические изменения светлого эндокриноцита (интерстициальной клетки Лейдига) в семенниках крыс при остром алкогольном отравлении. Ядро содержит шесть ядрышек, в цитоплазме многочисленные мелкие митохондрии. Ув. 3200х.
Строма семенников подвергается выраженному отеку. Резкая гидропия всех структурных компонентов стромы сопровождается разво-
2018, т. 8, № 2
локнением, фрагментацией и значительным набуханием соединительнотканных волокон, накоплением отечной жидкости в интерсти-ции. В клетках фибробластического дифферо-на выявляются изменения по типу гидропи-ческой а также баллонной дистрофии. В результате указанных процессов увеличивается относительная площадь поперечного сечения интерстиция по сравнению с аналогичным показателем у контрольных животных. В кровеносных сосудах обнаруживаются выраженные явления стаза, образование сладжей (рис. 7). Эритроциты подвергаются значительной деформации, нередко приобретают причудливую форму. Эндотелиоциты внутренней оболочки кровеносных сосудов различного калибра подвергаются пикноморфным изменениям. Ядра эндотелиоцитов уплощенные, структурные компоненты ядра плохо различимы из-за значительной гиперхромности кариоплазы. В ядрах преобладает гетерохроматин, локализующийся в виде небольших глыбок вдоль кариолеммы. Цитоплазма эндотелиоцитов резко гиперхром-на, содержит значительное число мелких вакуолей. На люминальной поверхности эндотелио-цитов формируются многочисленные выросты, вдающиеся в просвет капилляров; зачастую эти отростки очень длинные и извилистые.
Подэндотелиальный слой утолщен из-за отека, набухания соединительнотканных волокон, пучки которых подвергаются разволокнению, дезорганизации и укорочению. Наружная оболочка сосудов обычно не формирует сплошного слоя, ее структуры также имеют признаки выраженного отека, волокна подвергаются муко-идному набуханию, располагаются короткими рыхлыми пучками. Строма органа имеет признаки выраженной гидропической дистрофии.
Рис. 7. Ультраструктура продольного среза гемо-капилляра стромы семенников половозрелых крыс при остром алкогольном отравлении. Стаз и сладж эритроцитов сопровождается выраженной их деформацией. Ув. 3600х.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При острой алкогольной интоксикации в эксперименте в семенниках крыс развиваются полнокровие, стаз в сосудах микро-циркуляторного русла с отеком и дезорганизацией волокнистых элементах стромы.
В паренхиматозных элементах органа отмечаются дистрофические изменения с очагами гидропической и баллонной дистрофии. Наиболее выраженные изменения в сперматогенном эпителии, где выявляются сперматогонии с гиперхромными ядрами или с полным отсутствием органелл.
Обнаруженные морфофункциональные сдвиги в тестикулах животных при острой алкогольной интоксикации свидетельствуют о нарушении эндокринной функции и различных стадий сперматогенеза, что в целом не может отразится на репродуктивной функции органа.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors have no conflicts of interest to declare.
ЛИТЕРАТУРА
1. Global status report on alcohol and health 2014. // http://apps.who.int URL: http://apps.who.int/iris/bitstre am/10665/112736/1/9789240692763_eng.pdf?ua=1
2. Алкогольная болезнь / Т.Г. Троянова., А.Ю. Николаев, Л.Г. Виноградова и др. / Под ред. В.С.Моисеева. - М.: Изд-во Университета Дружбы Народов, 1990; 127.
3. Алкогольная болезнь и ее висцеральные проявления / А.А. Бабанин, О.В.Беловицкий, Б.Л. Куцевол [и др.] // Таврический медико-биологический вестник. 2000; 3(1-2): 194 - 198.
4. Пауков В.С. Патологическая анатомия алкогольной болезни. Обзор / В.С. Пауков, А.И. Угрюмов // Новости науки и техн. Сер. Мед. Вып. Алкогольная болезнь/ ВИНИТИ. 1997; 5: 1-4.
5. Морфофункциональные нарушения адено-гипофиза и мужских половых желез при алкоголизме (обзор литературы) М.В. Кондашевская, В.А. Мхитаров.
6. Использование лабораторных животных в токсикологическом эксперименте: Методические рекомендации /под ред.. проф., акад.. РАМН П.И. Сидорова. Архангельск, 2002; 15.
7. Кононяченко В. А., Фролов В.А., Дворников В. Е. Клинико-экспериментальные исследования реакции сердечно-сосудистой системы на алкоголь в зависимости от режима его употребления. // Кардиология. 1983; 7: 102-103.
8. Millohing G. The advautages of a phosphate buffer for OsO4 solutions in fixation // J. Appl. Physiol. 1961;3: 1637.
9. Гайер Г. Электронная гистохимия. - М.:Мир, 1974; 217с.
10. Reynolds E.S. The use of lead citrate at height pH as an alactronopaque strain in electron microscopy // S. Cell.Biol. 1963; 17(1): 208-212.
REFERENCES
1. Global status report on alcohol and health 2014. // http://apps.who.int URL: http://apps.who.int/iris/bitstre am/10665/112736/1/9789240692763_eng.pdf?ua=1
2. Troyanova T.G., Nikolaev A.YU., Vinogradova L.G.. Pod red. V.S. Moiseeva. Alkogol'naya bolezn' M.: Izd-vo Universiteta Druzhby Narodov, 1990; 127. (in Russ)
3. Babanin A.A., Belovitskij O.V., Kutsevol B.L. Alkogol'naya bolezn' i ee vistseral'nye proyavleniya Tavricheskij mediko-biologicheskij vestnik. 2000; 3(1-2):194 - 198. (in Russ)
4. Paukov V.S. Patologicheskaya anatomiya alkogol'noj bolezni. Novosti nauki i tekhn. VINITI. 1997. 5:1-4. (in Russ)
5. Kondrashevskaya M.V., Mkhitarov V.A. Morfofunktsional'nye narusheniya adenogipofiza i
muzhskikh polovykh zhelez pri alkogolizme. Klinicheskaya i ehksperimental'naya morfologiya. 2012. 2:66-73. (in Russ)
6. Ispol'zovanie laboratornykh zhivotnykh v toksikologicheskom ehksperimente: Metodicheskie rekomendatsii /pod red.. P.I. Sidorova. Arkhangel's'k. 2002. (in Russ)
7. Kononyachenko V. A., Frolov V.A., Dvornikov V. E. Kliniko-ehksperimental'nye issledovaniya reaktsii serdechno-sosudistoj sistemy na alkogol' v zavisimosti ot rezhima ego upotrebleniya. Kardiologiya. 1983;. 7: 102103. (in Russ)
8. Millohing G. The advautages of a phosphate buffer for OsO4 solutions in fixation // J. Appl. Physiol. 1961; 3:1637
9. Gajer G. EHlektronnaya gistokhimiya. M :Mir. 1974. (in Russ)
10. Reynolds E.S. The use of lead citrate at height pH as an alactronopaque strain in electron microscopy S. Cell.Biol. 1963; 17.(1):208-212
