CC BY
51
ПАТОФИЗИОЛОГИЯ
УДК: 616-057:541.182
Н.М. Шевцова, Ю.М. Падеров, Е.А. Степовая, А.Н. Байков
ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА НА МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛЕГКИХ У ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ
ЦНИЛ ГОУ ВПО Сибирский государственный медицинский университет МЗиСР РФ, Томск
Исследовано влияния ультрадисперсного порошка (УДП) на основе цирконата-титаната свинца на морфологическую структуру легких у белых беспородных крыс. Животные подвергались ингаляциям УДП в концентрации 150 мг/м3. По результатам гистологического исследования и трансмиссионной электронной микроскопии выявлено, что ультрадисперс-ные частицы исследованного полиметаллического порошка обладают и токсическими, и фиброгенными свойствами.
Ключевые слова: ультрадисперсный порошок, оксиды металлов, легкие
Благодаря необычным физико-техническим свойствам, связанным с размерными и структурными эффектами, ультрадисперсные порошки (УДП) металлов и сплавов с большим успехом применяются в различных областях промышленности [1, 2]. На Сибирском химическом комбинате (г. Северск) разработаны УДП на основе цирконата-титаната свинца. Предлагаемые УДП в большой степени отвечают современным требованиям, предъявляемым к исходному сырью, а получающиеся из них материалы обладают высокими потребительскими свойствами. Однако сведения о влиянии подобных ультрадисперсных полиметаллических смесей на биологические объекты в литературе практически отсутствуют. Вместе с тем, вследствие высокой реактогенности отдельных компонентов УДП, достаточно высока вероятность развития у персонала, обслуживающего опытно-промышленные установки по их производству, профессиональной патологии, в частности заболеваний органов дыхания. С целью выявления влияния ультрадисперсных порошков на основе цирконата-титаната свинца на морфологическую структуру легких нами были проведены экспериментальные исследования на животных.
Методика
Исследования выполнены на 24 крысах-сам-цах массой 180-200 г (ФГУП питомник «Рассвет» ФГУП НПО «Вирион», г. Томск). Содержание животных и выведение их из эксперимента осуществляли в соответствии с приложением к
приказу МЗ СССР № 755 от 1977 г. Животные опытной группы (п=12) в течение четырех месяцев пять дней в неделю подвергались 4-часовым ингаляциям УДП в дозе 150 мг/м3. Примененный УДП состоял из оксидов металлов: свинца (62-64%), циркония (19-21%), титана (11%) и висмута (0,5%). Суммарное содержание других компонентов (оксиды кадмия, марганца, стронция, хрома) не превышало 3,6%. Контрольную группу составили 12 интактных крыс, содержащихся в идентичных условиях. Через 1 и 4 мес. от начала затравки животных забивали методом цервикальной дислокации. Для гистологического исследования фрагменты легких фиксировали в течение 24 час в 12% нейтральном формалине. Выполняли проходящие через весь орган фронтальные парафиновые срезы толщиной от 5 до 7 мкм, которые окрашивали гематоксилином Карачи и эозином. На материале, предварительно зашифрованном четырехзначными номерами с помощью таблицы случайных чисел, оценивали сохранность гистологического строения органа, а также полуколи-чественно (+++ — выраженная, ++ — умеренная, + — слабая степень, — отсутствие реакции) наличие и степень выраженности патологических процессов. При оценке воспалительной инфильтрации, кроме этого, учитывали ее локализацию, распространенность и клеточный состав.
Для трансмиссионной микроскопии кусочки легких помещали в 2,5% раствор глутарового альдегида на какодилатном буфере. Фиксировали в течение 2-4 ч, затем промывали в какоди-
латном буфере 10-15 мин. Проводили постфиксацию в забуференном какодилатным буфером 1% растворе тетраоксида осмия в течение 1-1,5 ч. Промывали в какодилатном буфере 10-15 мин. Обезвоживали в серии растворов этанола возрастающей концентрации. Заливали в аралдит. Готовили срезы на ультрамикротоме Шtrotome-III (LKB, Швеция). Срезы окрашивали 2% раствором уранилацетата в 50% этаноле и цитратом свинца по Рейнольдсу [3]. Просмотр и фотографирование срезов проводили на электронном микроскопе JEM-100 CX II (Jeol, Япония) при ускоряющем напряжении 80 кВ.
Результаты
В ходе гистологического исследования легких у крыс контрольной группы не было выявлено наличия каких-либо патологических процессов, морфология легких соответствовала физиологическому возрасту животных.
Гистологическая картина легких у подопытных животных через 1 мес. воздействия УДП отличалась от контроля появлением перивазаль-
ных, преимущественно периартериальных инфильтратов, состоящих из лимфо- и гистиоцитов, с наличием единичных плазмоцитов и нейтрофи-лов (Рис. 1). В отдельных сосудах среднего и мелкого калибра инфильтрация выявлялась по всей толщине стенки. Отмечалась умеренная лимфоидная инфильтрация наружных оболочек бронхов крупного калибра. Стенки межальвеолярных перегородок были утолщены за счет выраженной лимфогистиоцитарной инфильтрации. Единичные альвеолы были эмфизематозно расширены. В просвете альвеол встречались группы альвеолярных макрофагов с зернистыми либо пластинчатыми включениями в цитоплазме (кониофаги). При трансмиссионной микроскопии в цитоплазме этих макрофагов выявлялись крупные фаго-сомы, содержащие фрагменты кристаллических структур и отдельные свободно расположенные частицы, вероятнее всего, являющиеся компонентами УДП (Рис. 2).
Комплекс обнаруженных структурных изменений легких, характеризовавшийся преобладанием
Рис. 1. Легкие крысы через 1 мес. воздействия УДП: выраженная перивазальная инфильтрация
Окраска гематоксилином и эозином. Ув. х300.
Рис. 3. Легкие крысы через 4 мес воздействия УДП: склероз стенки и облитерация просвета сосуда мышечного типа
Окраска гематоксилином и эозином. Ув. х300.
Рис. 2. Активно фагоцитирующий альвеолярный макрофаг (кониофаг)
Трансмиссионная электронная микроскопия Ув. х 14000.
Рис. 4. Разрастание коллагеновых волокон
Трансмиссионная электронная микроскопия Ув. х5800.
выраженной клеточной инфильтрации межальве-олярных перегородок, в целом соответствовал так называемой интерстициальной болезни легких с явлениями выраженного васкулита. Отсутствие сосудистой реакции у животных контрольной группы позволило рассматривать обнаруженные изменения как результат специфического воздействия УДП, вероятнее всего, токсической природы.
Гистологическая картина легких через 4 мес. непрерывных ингаляций УДП, в отличие от предыдущего срока наблюдения, характеризовалась уменьшением степени воспалительной перива-зальной инфильтрации (слабая, умеренная степень). Сохранялась слабая инфильтрация сосудистой стенки по типу панваскулита. Однако, в отличие от предыдущей точки наблюдения, у животных подопытной группы отмечался склероз стенок интраорганных артерий и вен с уменьшением просвета последних, в отдельных случаях до полной облитерации (Рис. 3). При трансмиссионной микроскопии регистрировался отчетливый пре- и интракапиллярный склероз, характеризовавшийся разрастанием коллагеновых волокон и облитерацией просветов альвеолярных капилляров (Рис. 4). Стенки межальвеолярных перегородок по-прежнему были утолщены при выраженной лимфогистиоцитарной инфильтрации. Сохранялись единичные эмфизематозно расширенные альвеолы. Распространенность, локализация, степень и клеточный состав воспалительной инфильтрации бронхов не претерпевали изменений. В просвете отдельных альвеол встречались группы альвеолярных макрофагов с зернистыми и пластинчатыми включениями в цитоплазме, идентичные по своим светооптическим и ультраструктурным характеристикам ко-ниофагам, обнаруженным через 1 мес. от начала воздействия УДП. Таким образом, через 4 мес. от начала эксперимента патоморфологическая картина легких у крыс, подвергавшихся воздействию УДП, характеризовалась преобладанием продуктивного компонента воспалительной реакции с фибробластической трансформацией с развити-
ем пневмосклероза и характерным комплексом компенсаторно-приспособительных изменений, подтверждая наличие длительного воздействия экзогенной природы.
Заключение
Таким образом, анализ полученных результатов выявил, что ультрадисперсные частицы исследованного полиметаллического порошка обладают и токсическими, и фиброгенными свойствами. Можно предположить, что развитие распространенного склероза интраорганных артерий в исходе васкулита может привести к комплексу последующих морфофункциональных изменений легких с доминированием в клинике симптоматики легочной гипертензии.
THE EFFECT OF ULTRADISPERSIVE POLYMETALLIC POWDER ON THE LUNGS MORPHOLOGY IN EXPERIMENTAL ANIMALS
N.M. Shevtsova, Yu.M. Paderov, E.A. Stepovaya, A.N. Baykov
The effect of ultradispersive powder (UDP) based on plumbum zirconate-titanate on morphological lungs structure has been studied in white rats by histological and ultra-microscopic techniques. The experimental animals were exposed to inhalation of UDP, 150 mg/m3 in concentration. It has been proved that ultradispersive particles of the explored powder have both toxic and fibrogenic properties.
Литература
1. Петрунин В.Ф. Тенденции развития научно-технического направления «Ультрадисперсные (нано-) материалы и нанотехнологии» / В.Ф. Петрунин // Материалы VI Всероссийской (международной) конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем». — М.: МИФИ, 2002. — С. 25-28.
2. Плазмохимический способ получения ультра- и тонкодисперсных порошков оксидов металлов / Н.В. Дедов, Ф.А. Дорда, В.П. Коробцев и др. // Новые промышленные технологии. — 1994. Вып. 1. — 261 с.
3. Reynolds E.S. The use of lead citrate at high pH as an electronopaque stain in electron microscopy / E.S. Reynolds // J. Cell Biology. — 1963. — № 17. — P. 208-212.
