CC BY
57
УДК: 612.42:612.33:615.838
Ю.И. Бородин, И.А. Голубева, О.Г. Маринкина
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ НА СТРУКТУРНУЮ ОРГАНИЗАЦИЮ СТЕНКИ ТОНКОЙ КИШКИ И ЛИМФОИДНЫХ ОРГАНОВ
НИИ клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН, Новосибирск
Методами световой и электронной микроскопии, гистохимии исследовали структуру стенки тонкой кишки и лимфоидных органов у крыс, потреблявших воду с повышенным содержанием Са2+ и Мg2+. Обнаружено, что состав потребляемой воды влияет на морфологическую организацию стенки, эндо-телиоцитов кровеносных и лимфатических капилляров, пейеровой бляшки тонкой кишки, мезентериального лимфоузла и селезенки. Изменения минерального состава водной диеты для животного сопряжены со структурными изменениями в исследованных объектах неспецифического характера, которые дополняются специфическими эффектами в связи с особенностью минерального состава воды и своеобразны в детерминации деструктивных изменений и отечного синдрома в ранние периоды эксперимента. К концу эксперимента восстановления структурных и функциональных параметров стенки тонкой кишки и лимфоидных органов до исходных значений не происходит.
Ключевые слова: лимфатическая система, вода, кальций, магний, тонкая кишка
Одним из направлений научно-исследовательских работ, ведущихся в НИИ клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН под руководством академика Ю.И. Бородина, является изучение роли лимфатической системы в регуляции водного гомеостаза организма [2-4]. Ранее нами было показано влияние радоновой воды санатория “Заельцовский бор” Новосибирска (гидрокарбонатно-кальцие-во-магниевого состава, радиоактивностью 23,5 нкю-ри/л) на микроанатомическую организацию лимфатического региона тонкой кишки [7]. Вместе с тем в данной воде присутствует сочетание нескольких активных факторов: радона и биологически активных ионов. Для выявления эффектов минерального состава этой воды, используемой в санаторно-курортной практике санатория “Заельцовский бор”, на параметры тонкой кишки и лимфоидных органов, контролирующих её дренаж [1, 11], было предпринято настоящее исследование.
Методика. В эксперименте 3-месячным кры-сам-самцам породы Вистар, содержавшимся в стандартных условиях вивария, заменили водопроводную воду деэманированной водой с повышенным содержанием Са2+ 94,2 мл/дм и Мg2+ 20,7 мл/дм (ГОСТ водопроводной воды 34,4 мл/дм и 6,7 мл/дм соответственно), которую давали в свободном питьевом режиме. Деэманированную воду получили путем отстаивания радоновой воды в течение 10 суток.
Объектом исследований был участок тонкой кишки с пейеровой бляшкой, эндотелиоциты лимфатического и кровеносного капилляров слизистой оболочки тонкой кишки, мезентериальный лимфатический узел и селезенка. Образцы органов получали через 1, 7 и 60 сут у экспериментальных и контрольных животных. Контролем служили крысы, потреблявшие водопроводную воду. Препараты готовили и ис-
следовали по стандартным гистологическим и морфометрическим методикам [9]. Полученный материал изучали с помощью световой микроскопии, трансмиссионной электронной микроскопии, гистохимического метода выявления сукцинат-(СДГ) и лактат-дегидрогеназы (ЛДГ) лимфоцитов по Р.П. Нарциссо-ву [8].
Для электронно-микроскопического исследования образцы тонкой кишки забирали на 5 см выше илеоцекального угла, фиксировали 1% OsO4, дегидратировали в серии спиртов восходящей концентрации и заливали в эпон. Ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца, изучали в электронном микроскопе JEM 1010. Морфомет-рию эндотелиоцитов кровеносных и лимфатических капилляров проводили с помощью открытой квадратной тестовой системы при конечном увеличении 40000. Вычисляли объемную плотность структур в эндотелиоцитах (процент от объема цитоплазмы); численную плотность (количество структур в 1 мкм3 объема цитоплазмы).
Работу с лабораторными животными производили в соответствии с “Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных”. Статистическую обработку цифрового материала производили на компьютере IBM PC/AT с использованием вариационных методов Фишера-Стьюдента из пакета прикладных программ “Ехсе1 7,0".
Результаты. Потребление животными деэманированной воды с повышенным содержанием Ca2+ и Mg2+ способствовало увеличению количества бокаловидных клеток (играющих значительную роль в поддержании барьерных свойств слизистой оболочки тонкой кишки) и митозов в слизистой оболочке тонкой кишки на1-ыеи7-ые сут. На1-ыесут в стенке кишки увеличились площади интерстициальных про-
странств и лимфатических сосудов, однако в дальнейшем (на 7-ые сут) осталась повышенным лишь площадь интерстициальных пространств (рис. 1). К концу эксперимента доля сосудистого компонента в стенке кишки снизилась (особенно в слизистой оболочке). Нельзя исключить, что смена воды по минеральному составу в 1-ые и 7-ые сут привела к развертыванию адаптивной реакции у животных. Поэтому, возможно, увеличенное поступление ионов кальция с водой через стенку тонкой кишки было сопряжено с проявлением его вазоконстрикторной функции путем активации актомиозина гладких мышц в артерио-лах в связи с повышением чувствительности мышц к катехоламинам через увеличение продукции цАМФ.
По-видимому, это привело к гипоксическим изменениям в стенке тонкой кишки, и, возможно, увеличению продукции активных форм кислорода, что, в свою очередь, сопряжено с повреждением цитомембран [5] и развитием отечного синдрома в клетках к 60-м сут эксперимента.
При этом в эндотелиоцитах лимфатических капилляров снизилась суммарная численная плотность рибосом за счет свободных полисомальных форм; суммарная объемная плотность микропиноцитозных везикул - за счет базальных и цитоплазматических везикул (табл. 1). В эндотелиоцитах кровеносных капилляров увеличилась объемная плотность митохондрий. Как и в эндотелиоцитах лимфатических капилляров, уменьшилась суммарная численная плотность рибосом и суммарная объемная плотность микропиноцитозных везикул, но при этом увеличилось коли-
Таблица 1
Результаты стереометрического исследования структурной организации эндотелиоцитов лимфатических капилляров слизистой оболочки тонкой кишки крыс при потреблении водопроводной и деэманированной воды в течение 60 сут (М±т)
Исследованные параметры Водопроводная вода (1-ые сут) Водопроводная вода (60-ые сут) Деэманированная вода (60-ые сут)
Митохондрии (Уу) 13,60±1,124 19,44±1,214* 18,63±1,229*
ГЭР (Уу) 11,52±1,536 16,11±1,515 12,44±1,880
Лизосомы (Уу) 9,50±1,592 10,10±1,250 7,00±1,361
Рибосомы прикрепленные (Му) 13,22±1,719 13,51±1,730 10,02±1,087
Рибосомы свободные полисомальные (Му) 17,40±1,250 10,79±1,505* 11,72±1,320*
Суммарные рибосомы (Му) 30,62±2,311 24,30±1,786 21,74±1,358*
Базальные микропиноцитозные везикулы (Уу) 31,40±2,090 35,10±2,964 22,20±1,933*§
Люминальные микропиноцитозные везикулы (Уу) 25,60±1,163 30,50±2,270 24,50±1,723
Цитоплазматические микропиноцитозные везикулы (Уу) 37,11±2,148 38,02±2,515 24,03±2,031*§
Суммарные микропиноцитозные везикулы (Уу) 94,11±4,265 103,62±3,122 70,73±3,138*§
Уу базальные МПВ/ Уу люминальные МПВ 1,22±0,040 1,15±0,081 0,91±0,090
Примечание. Уу - объемная плотность структур (процент от объема цитоплазмы); Му - численная плотность структур (число в 1 мкм. куб. объема цитоплазмы); * - достоверно различно при р<0,05 по сравнению с данными группы 1-суточного использования водопроводной воды; § - достоверно различно при р<0,05 по сравнению с данными группы 60-суточного использования водопроводной воды.
Рис. 1. Относительное содержание в собственной пластинке слизистой оболочки тонкой кишки крысы: А - интерстициальных пространств, Б - лимфатических сосудов, В - кровеносных сосудов в контрольной группе и при 1-, 7-и 60-суточном потреблении деэманированной воды.
При построении графика использована средняя арифметическая и ее доверительный интервал. * - достоверно различно при р<0,05 при сравнении с контролем
чество фенестр (табл. 2) как отражение усиления роли пассивного транспорта жидкостей из капилляров в интерстиций. Все это свидетельствует о снижении транспортных и пластических процессов в клетках, способности к эндо- и экзоцитозу и их энергообеспечения [5].
Таблица 2
Результаты стереометрического исследования структурной организации эндотелиоцитов кровеносных капилляров слизистой оболочки тонкой кишки крыс при потреблении водопроводной и деэманированной воды в течение 60 сут (М±т)
Исследованные параметры Водопроводная вода (1-ые сут) Водопроводная вода (60-ые сут) Деэманированная вода (60-ые сут)
Митохондрии (Уу) 18,32± 1,702 12,10±1,574 25,32±1,945 §
ГЭР (Уу) 12,91± 1,892 13,14± 2,065 17,54± 2,238
Лизосомы (Уу) 4,10± 1,367 5,89± 1,701 8,43± 1,711
Рибосомы прикрепленные (Ыу) 27,54± 2,472 23,05±2,178 15,56± 1,605*
Рибосомы свободные полисомальные (Ыу) 28,33± 2,011 23,81± 2,355 17,89±2,266*
Суммарные рибосомы (Ыу) 55,87± 3,146 46,86± 3,112 33,45±2,633*§
Базальные микропиноцитозные везикулы (Уу) 38,34± 2,315 28,91±2,297* 17,22± 1,960*§
Люминальные микропиноцитозные везикулы (Уу) 38,23± 2,105 34,20± 2,658 25,08±2,720*
Цитоплазматические микропиноцитозные везикулы (Уу) 39,78± 2,456 36,53± 2,763 28,81±2,686*
Суммарные микропиноцитозные везикулы (Уу) 116,35± 3,201 99,64±3,804* 71,11± 2,714*§
Микроворсинки 3,43± 0,648 3,25± 0,445 3,0± 0,544
Фенестры 3,05± 0,522 1,80 ±0,340 3,25±0,285 §
Примечание. Уу - объемная плотность структур (процент от объема цитоплазмы); Ыу - численная плотность структур (число в 1 мкм. куб. объема цитоплазмы); * - достоверно различно прир<0,05 по сравнению с данными группы 1-суточного использования водопроводной воды; § - достоверно различно при р<0,05 по сравнению с данными группы 60-суточного использования водопроводной воды.
В пользу этого свидетельствует научной факт, что одно из наиболее постоянных проявлений неблагополучия клетки при самых разных повреждающих воздействиях, включая недостаток кислорода, - это увеличение объема митохондрий за счет увеличения проницаемости мембран митохондрий для ионов и потери разности потенциалов на ней (как необходимое условие для синтеза аденозинтрифосфата (АТФ) [5, 10]. Самой распространенной причиной увеличения проницаемости мембран митохондрий является недостаток кислорода в окружающей среде (тканевая гипоксия), которая может быть вызвана плохой циркуляцией крови или чрезмерным потреблением кислорода тканью. Согласно точке зрения Ю.А. Владимирова (2000), нарушения структур митохондрий в виде набухания, просветления матрикса, укорочения крист или же увеличение электронной плотности матрикса можно интерпретировать как универ- сальный общебиологический феномен в ответ на экстре-мально-стрессорные раздражения.
Известно, что эндотелиальными клетками постоянно выделяется оксид азота (N0) в ответ на различные внешние воздействия. Чрезмерное повышение содержания ионов кальция в клетке, возникающее и за счет усиления притока экзогенного кальция во внеклеточную среду, приводит к резкой активации ЫО-синтазы и мощному синтезу N0. Высокие дозы N0 токсичны как для окружающих клеток, так и для самой клетки. Ввиду того что эндотелиальная форма
ЫО-синтазы связана с клеточными мембранами, осуществимо либо ингибирование митохондриальных ферментов за счет возможного действия пероксинит-рита (свободнорадикального соединения), что приводит к снижению выработки АТФ для нужд клетки, либо непосредственное повреждение ДНК, что должно способствовать развитию апоптоза [12].
На 1-ые сут эксперимента в стенке кишки увеличилось количество эозинофилов, с 7-х сут - тучных клеток, а к 60-м сут увеличилось и количество плаз-мацитов при снижении содержания малых лимфоцитов (табл. 3). Исследования последних десятилетий свидетельствуют об участии эозинофилов в метаболизме гистамина. Вместе с тучными клетками эози-нофилы регулируют уровень биогенных аминов в тканях [13], поскольку первые - синтезируют и сек-ретируют гистамин, а вторые - обладают антигиста-минной активностью. Увеличение количества эозинофилов связано с различными хемотаксическими факторами [10], продуцируемыми тучными клетками. Увеличение количества эозинофилов, тучных и плазматических клеток свидетельствует, по-видимому, о процессе асептического воспаления в стенке кишки, возможно, за счет повышенной гибели клеток на 1-ые сут вследствие повреждающего действия повышенных количеств Са2+ и Mg2+ в питьевой воде через вышеупомянутые вероятные механизмы. Все это свидетельствует о начале развития отечного синдрома к концу эксперимента, обусловленного в том чис-
Таблица 3
Результаты цитологического исследования собственной пластинки слизистой оболочки стенки тонкой кишки крыс при потреблении водопроводной и деэманированной воды в течение 1, 7 и 60 сут в абсолютных единицах и процентах (М±т)
Параметры Водопроводная вода 1-ые сут 7-ые сут 60-ые сут
Количество клеток 16,22±1,079 17,96±0,677 19,11±0,621* 14,80± 1,317
Лимфоциты 6,66±0,518 41,04±0,922% 7,10±0,430 39,53±0,610% 7,60±0,377 39,76±0,706% 4,11±0,526* 27,75 ± 1,219%*
Нейтрофилы 0,09±0,034 0,55±0,056% 0,06±0,018 0,33±0,020% 0,08±0,029 0,43±0,031% 0,05±0,012 0,35 ±0,155%
Эозинофилы 1,23±0,162 7,59±0,458% 2,15±0,136* 11,97±0,311%* 1,74±0,117 9,12±0,870% 1,71±0,114 11,55 ±0,851%*
Тучные клетки 0,16±0,050 0,98±0,064% 0,25±0,087 1,39±0,089%* 0,38±0,188 1,99±0,236%* 0,48±0,083 3,25 ±0,345%*
Эритроциты 0,05±0,012 0,33±0,072% 0,05±0,013 0,28±0,024% 0,09±0,037 0,47±0,055% 0,05±0,013 0,35±0,250%
Моноциты 0,84±0,107 5,18±0,368% 0,88±0,090 4,90±0,113% 0,97±0,100 5,09±0,454% 1,00±0,098 6,75±0,295%
Макрофаги 0,25±0,089 1,54±0,094% 0,17±0,055 0,95±0,068%* 0,15±0,027 0,81±0,078% 0,16±0,051 1,05± 0,415%
Погибшие клетки 0,07±0,043 0,45±0,087% 0,05±0,039 0,28±0,046% 0,09±0,038 0,48±0,067% 0,07±0,014 0,45± 0,199%
Плазматические клетки 6,87±0,429 42,34±0,919% 7,25±0,378 40,37±0,544% 8,01±0,278* 41,85±1,008% 7,18±0,605 48,50± 1,865%*
Примечание. - количество клеток на 1000 мкм2 площади среза слизистой оболочки; * - достоверно различно при р<0,05 по сравнению с данными группы использования водопроводной воды.
ле и эффектами гистамина, проявляющимися расхождением эпителиоцитов посткапиллярных венул, что способствует повышению их проницаемости [10].
При длительном потреблении деэманированной воды в пейеровой бляшке увеличилась доля вторичных (рис. 2) и первичных лимфоидных узелков, возросло количество незрелых форм клеток лимфоидного ряда, плазматических клеток. Причем резкое повышение содержания погибших клеток на 1-ые сут к 7-м сут и до конца эксперимента сменилось уменьшением их количества. При этом снизилось содержание макрофагов и увеличилось количество эозинофилов. Содержание дегидрогеназ в лимфоцитах изменялось волнообразно: снизилось на 1-ые сут и повысилось к 60-м сут (рис. 3 и 4). Следовательно, и в пейеровой бляшке тонкой кишки были выявлены структурные признаки активации деструктивных процессов в начале эксперимента.
Смена вида питьевой воды способствовала приобретению регионарным мезентериальным лимфоузлом функционального фрагментированного типа, ха-рактеризирующего активное дренирование своего лимфатического региона [6, 7]. К концу эксперимента данный функциональный тип органа сменился на компактный тип, способствующий активной
Рис. 2. Относительное содержание вторичных лимфоидных узелков: А - пейеровой бляшке тонкой кишки, Б -мезентериальном лимфатическом узле крысы контрольной группы и при 1-, 7- и 60-суточном потреблении деэманированной воды.
При построении графика использована средняя арифметическая и ее доверительный интервал. * - достоверно различно при р<0,05 при сравнении с контролем
биофизической, биохимической и иммунной обработке притекающей к нему лимфы [3, 4]. Увеличилась площадь вторичных лимфоидных узелков (рис. 2), а к 60-м сут - и паракортикальной зоны, капсулы. Уменьшилась доля мозгового вещества за счет объема мякотных тяжей. Преобразования цитоархитектоники в лимфоузле по всем срокам эксперимента, в основном, были неспецифичны: с 1-х сут увеличилось количество незрелых форм клеток; погибших клеток, макрофагов, плазматических клеток, ретикулярных клеток; снизилось количество малых лимфоцитов. К 60-м сут увеличились количество эозинофилов, значение индекса репаративной регенерации и активность обеих дегидрогеназ в лимфоцитах органа (рис. 3, 4). Все это свидетельствует о структурных признаках развития адаптивной реакции в регионарном лимфоузле на длительное потребление животными воды с повышенным содержанием ионов кальция и магния.
В селезенке на 1-ые и 7-ые сут потребления животными деэманированной воды преобладала доля красной пульпы. В белой пульпе снизилось содержание краевой маргинальной зоны, Т-зоны (периарте-риальной муфты). При этом увеличилось количество незрелых форм клеток, погибших клеток, плазмаци-тов, эозинофилов; снизилось содержание лимфоцитов и содержание в них дегидрогеназ (рис. 3, 4). Данные морфологические преобразования свидетельствуют о развитии иммунных реакций в селезенке преимущественно по гуморальному типу.
К 60-м сут эксперимента вышеописанные структурные преобразования уменьшились, при этом снизилась площадь сечения центральной артерии лимфоидного фолликула белой пульпы, возможно, за счет сосудосуживающего эффекта ионов кальция, длительно поступающих в организм животного с питьевой водой. Параллельное увеличение количества малых лимфоцитов и погибших клеток, на фоне снижения содержания плазмацитов, может свидетельствовать о развитии реакций клеточного иммунитета с активной выработкой лимфотоксинов, усиливающих свое цитолитическое действие в условиях повышенного содержания экзогенного кальция и магния [10].
Заключение. Таким образом, состав потребляемой воды влияет на морфофункциональную организацию структур, связанных с водным обменом. Изменения минерального состава водной диеты для животного сопряжены со структурными изменениями в стенке тонкой кишки и лимфоидных органах неспецифического характера, которые дополняются специфическими эффектами в связи с особенность минерального состава воды и синергичны в детерминации деструктивных изменений и отечного синдрома в ранние периоды эксперимента.
К концу эксперимента восстановления структурных и функциональных параметров стенки тонкой кишки и лимфоидных органов до исходных значений не происходит. Лимфатическая система функционирует на качественно новом уровне, характер которого
Рис. 3. Активность СДГ по количеству (№у) гранул фор-мазана в лимфоцитах: А - пейеровой бляшки, Б - мезентериального лимфоузла, В - селезенки в контрольной группе крыс и при 1-, 7- и 60-суточном потреблении деэманированной воды.
При построении графика использована средняя арифметическая и ее доверительный интервал. * - Достоверно различно при р<0,05 при сравнении с контролем
Рис. 4. Активность ЛДГ по количеству (Nv) гранул фор-мазана в лимфоцитах: А - пейеровой бляшки, Б - мезентериального лимфоузла, В - селезенки в контрольной группе крыс и при 1-, 7- и 60-суточном потреблении деэманированной воды.
При построении графика использована средняя арифметическая и ее доверительный интервал. * - достоверно различно при p<0,05 при сравнении с контролем
обусловлен изменениями в тонкой кишке и лимфоидных органах и минеральным составом воды.
IMPACT OF PROLONGED WATER CONSUMPTION WITH EXCESS CALCIUM AND MAGNESIUM CONTENT ON STRUCTURE OF SMALL INESTINE WALL AND LYMPHOID ORGANS
Yu.I. Borodin, I.A. Golubeva, O.G. Marinkina
The structure of small inestine wall and lymphoid organs in rats, consuming water with excess Са2+ and Mg2+ was studied using the methods of light and electronic microscopy and histochemistry.
It was found that the consumed water composition influenced on morphological organization of the wall, endothekiocytes of blood and lymph capillaries, Peyer's plaques of small intestine, mesenterial lymph node and spleen. Some changes of water diet mineral composition for animals were connected with the structural changes, possessing nonspecific character, added by specific effects due to peculiarity of water mineral composition and having specificity in determination of the destructive changes and edema syndrome during early experimental stages. By the end of the experiment there was no recovery of the structural and functional parameters of small inestine wall and lymphoid organs up to the initial values.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бородин Ю.И. Эндоэкология, лимфология и здоровье / Ю.И. Бородин // Бюл. СО РАМН. 1999. №2. С. 5-7.
2. Бородин Ю.И. Лимфатическая система и водный гомеостаз / Ю.И. Бородин // Проблемы саногенного и патогенного эффектов экологического воздействия на внутреннюю среду организма: Материалы междунар. симпозиума. Бишкек, 1999. Т. 1. С. 333-336.
3. Бородин Ю.И. Проблемы лимфодетоксикации и лимфо-санации / Ю.И. Бородин // Материалы международного симпозиума: Проблемы экспериментальной, клинической и профилактической лимфологии. Новосибирск, 2000. С. 5-9.
4. Бородин Ю.И. Лимфология в санаторно-курортной практике / Ю.И. Бородин // Роль санаторно-курортного лечения в процессах реабилитации населения Сибирского региона: Материалы региональной научн.-прак-тич. конф. Новосибирск, 2003. С. 13-16.
5. Владимиров Ю.А. Биологические мембраны и незапро-граммированная смерть клетки / Ю.А.Владимиров // Соросовский образов. журн. 2000. Т. 6. № 9. С. 2-9.
6. Голубева И.А. Дренажно-детоксикационная функция лимфатической системы в зависимости от изменений водного насыщения организма / И.А. Голубева, О.Г. Маринкина, А.Н. Машак // Бюл. СО РАМН. 2002. № 1. С. 82-84.
7. Микроанатомическая организация лимфатического региона тонкой кишки при длительном воздействии вод различного минерального состава и содержания радона / Ю.И. Бородин, И.А. Голубева, О.Г. Маринкина и др. // Бюл. СО РАМН. 1999. № 2. С. 90-95.
8. Нарциссов Р.П. Применение р-нитротетразолия фиолетового для количественной цитохимии дегидрогеназ лимфоцитов человека / Р.П. Нарциссов // Архив АГЭ. 1969. №5. С. 55-91.
9. Основы гистологии и гистологической техники / В.Г. Елисеев, М.Я. Субботин, Ю.И. Афанасьев, Е.Ф. Котов-ский М., 1972. 268 с.
10. Подколизин А.А. Факторы малой интенсивности в биоактивации и иммунокоррекции / А.А. Подколизин, В.И. Донцов М., 1995. 196 с.
11. Сапин М.Р. Иммунная система человека / М.Р. Сапин, Л.Е. Этинген. М., 1996. 246 с.
12. Сосунов А.А. Оксид азота как межклеточный посредник / А.А. Сосунов // Соросовский образов. журн. 2000. Т. 6. № 12. С. 27-34.
13. Юрина Н.А. Действие стресса на микро- и ультраструктуру центральных и периферических иммунокомпетен-тных органов / Н.А. Юрина // Стресс и иммунитет. Л., 1989. С. 53-54.
