МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТРАХЕИ, БРОНХОВ И ЛЕГКИХ У МЫШЕЙ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, ПРИСУТСТВУЮЩИХ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ ПИЛОТИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Полный текст

При длительных космических полетах организм человека подвергается воздействию различных факторов: гипергравитация, радиация, электромагнитное излучение, химические вещества и др. [1, 2, 4, 8]. Воздушная среда пилотируемых космических аппаратов (ПКА) содержит смесь соединений (ацетон, ацетальдегид, этанол) в предельно допустимых концентрациях [7]. Для обеспечения безопасности длительных космических перелетов и сохранения здоровья космонавтов актуальным является изучение реакций организма, в частности, органов дыхания, на хроническое воздействие смеси химических веществ, в концентрациях, характерных для воздушной среды ПКА. Несмотря на большое количество работ по изучению влияния химических факторов на иммунные структуры органов дыхания [3, 5, 6, 9], не проводились исследования структурных изменений трахеи, бронхов и легких при длительном хроническом воздействии смеси соединений (ацетон, ацетальдегид, этанол) низкой концентрации. Цель исследования – изучение морфологических изменений трахеи, бронхов и легких у мышей при хроническом химическом воздействии веществ низкой концентрации воздушной среды пилотируемых космических аппаратов. Материалы и методы Эксперименты проводили на 24 мышах-самцах линии F1 (CBA x C57BL6), массой тела 20-23 г, которые содержались на испытательном стенде (в гермокамере с рабочим объемом12м³), рассчитанном на длительное пребывание животных и оснащенном автономными системами жизнеобеспечения, которые используются в ПКА (эксперименты проводились в ГНЦ РФ ИМБП РАН). Гранулированный сбалансированный корм и воду животные получали через шлюз 1 раз в сутки. Затравочная смесь состояла из ацетона, ацетальдегида и этанола. Воздействие химической смесью проводили непрерывно в течение 70 суток. Дозирование и поддержание постоянных концентраций затравочной смеси в воздухе экспериментальной камеры осуществлялось методом диффузии через пористые полимерные материалы. Концентрация этих веществ в гермокамере не превышала предельно-допустимых концентраций (ПДК) для уровня загрязнения воздушной среды пилотируемых космических аппаратов (ацетона – 0,67-1,4 мг/м³; ацетальдегида – 0,86-1,75 мг/м³; этанола – 3,78-9,91мг/м³). Животные первой группы (12 мышей) подвергались хроническому химическому воздействию в течение 70 сут. Контрольную группу составили мыши (n=12), которые содержались в таких же условиях, как и мыши опытной группы, но без химического воздействия. Животных выводили из эксперимента на первые сутки после его окончания методом цервикальной дислокации под эфирным наркозом. Трахею, бронхи и легкие фиксировали в растворе «иммунофикс» (Bio-Optica), затем проводили по спиртам возрастающей концентрации и заливали в парафин. Для изучения микротопографии, морфологических изменений эпителия, желез и лимфоидных образований в стенках трахеи, бронхов и в легких срезы толщиной 5-7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином. Морфометрическую оценку структурных компонентов трахеи, бронхов и легких проводили методом точечного счета (Автандилов Г.Г., 1990). Полученные данные проверены на нормальность распределения по критерию Колмогорова-Смирнова, после чего были применены методы параметрической (t-критерий Стьюдента) и непараметрической статистики (U-критерий Манна-Уитни). Результаты и их обсуждение Трахея и главные бронхи у мышей контрольной группы были выстланы многорядным эпителием с тонкой базальной пластинкой. В собственной пластинке слизистой оболочки и в подслизистой основе выявлялась рыхлая волокнистая соединительная ткань с единичными диффузно рассеянными лимфоцитами и гистиоцитами. Железы трахеи и их ацинусы располагались между пластинами гиалинового хряща, они были единичными в препаратах. Выводные протоки слизистых желез были выстланы кубическим однорядным эпителием, вокруг них были выявлены очаговые скопления лимфоидных элементов. У мышей контрольной группы респираторный отдел легких был равномерно воздушный, альвеолы были с тонкими межальвеолярными перегородками. Эпителий главных и долевых бронхов однорядный кубический. Вокруг отдельных легочных вен выявлялись небольшие скопления (1-2 ряда) лимфоидных элементов. В стенках бронхов 2-3 порядка деления и в респираторных бронхиолах выявляли единичные очаговые лимфоидные скопления и диффузно рассеянные лимфоидные элементы. По данным морфологического исследования трахеи и бронхов у мышей после хронического химического воздействия слизистая оболочка выстлана однорядным эпителием. В одном случае выявлялась очаговая метаплазия эпителия. Базальная пластинка очагово утолщена. В собственной пластинке слизистой оболочки наблюдали очаги фиброза, распространяющиеся на подслизистый слой, выявляли очаговые лимфоидные скопления и умеренное количество диффузно рассеянных лимфоцитов и гистиоцитов. В легких у мышей опытной группы в бронхах 2-3 порядков патологические изменения отсутствовали. В стенке главных и долевых бронхов выявлены очаговые лимфоидные скопления и умеренное количество диффузно рассеянных лимфоцитов и гистиоцитов. В респираторном отделе альвеолярные ходы равномерно воздушные, стенки их тонкие. Периваскулярно вокруг ветвей легочных вен и легочных артерий в их адвентициальном слое выявляются очаговые скопления лимфоцитов. По данным морфометрического исследования объемная доля лимфоидной ткани в стенке трахеи и внелегочных отделов главных бронхов после хронического химического воздействия увеличивалась в 2,33 раза, по сравнению с контрольной группой. Объемная доля фиброзной ткани вокруг хрящей, сосудов, желез, по сравнению с контрольной группой, статистически значимо увеличивалась (в 2,47 раза), в то время как доля рыхлой волокнистой соединительной ткани уменьшалась (табл. 1). Таблица 1 Морфометрические показатели структурных компонентов трахеи, бронхов мышей-самцов линии F1 (CBA х C57Bl6) контрольной и опытной групп при химическом воздействии, об. % Структуры Группы наблюдений Медиана, квартильный размах Me (25L; 75U) Достоверность различий, Р Эпителий Опытная 15,5 (12,5;18,0) 0,0874 Контрольная 17,0 (13,5;20,0) Рыхлая волокнистая соединительная ткань Опытная 10,0 (8,0;12,0) 0,2634 Контрольная 12,0 (8,0;13,0) Сосуды Опытная 3,0 (2,0;4,0) 0,0000 Контрольная 2,0 (1,0;3,0) Железы Опытная 2,0 (0,0;3,5) 0,0075 Контрольная 1,0 (0,0;2,0) Очаги фиброза Опытная 21,0 (14,0;25,0) 0,0000 Контрольная 8,5 (6,0;13,0) Лимфоидная ткань Опытная 7,0 (5,0;9,0) 0,0000 Контрольная 3,0 (2,0;5,0) Объемная доля лимфоидной ткани легких у мышей после хронического химического воздействия, по сравнению с контролем, была увеличена в 2,25 раза (табл. 2). Таблица 2 Морфометрические показатели лимфоидных структур легких мышей-самцов линии F1 (CBA х C57Bl6) при химическом воздействии, об. % Группа наблюдений Медиана, квартильный размах Me (25L;75U) Достоверность различий, Р Опытная 18 (16,0;21,0) 0,0000 Контрольная 8 (6,5;10,0) Хроническое химическое воздействие смеси ацетона, ацетальдегида и этанола в пределах ПДК для уровня загрязнения воздушной среды пилотируемых космических аппаратов вызывает у мышей-самцов линии F1 (CBA х C57Bl6) статистически значимые повышения показателей очагов фиброза и лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистой оболочкой трахеи и бронхов. В легких у мышей опытной группы выявляется статистически значимое повышение показателей лимфоидных скоплений, локализованных в стенке бронхов и вокруг кровеносных сосудов. Выявленные нами изменения структурных компонентов стенки трахеи, бронхов и легких при хроническом химическом воздействии низкой интенсивности согласуются с данными Y. Toshinori et al [14]. Авторами показано, что химическое воздействие аэрозольных промышленных красок на мышей вызывает развитие цитотоксических и воспалительных реакций, которые приводят к развитию легочного фиброза. Малые дозы ацетона, очевидно, оказывают провоспалительное действие, повреждая эпителиальную выстилку. Воспалительные реакции вызывают миграцию иммунокомпетентных клеток, экспрессирующих цитокины, хемокины, которые активируют фибробласты и вызывают развитие фиброза. E. Bermudez et al [10] исследовали реакцию легких самок мышей, крыс и хомяков после хронического вдыхания аэрозольных частиц ультрадисперсного диоксида титана в ПДК 0,5 мг/³, 2,0 и 10 мг/³в течение 6 ч в день 13 недель и наблюдали воспалительные и пролиферативные изменения альвеолярного эпителия и интерстициальный фиброз. J.V. Bruckner et al [11] изучали у мышей-самцов функциональные показатели внешнего дыхания после воздействия парами толуола и ацетона. Авторами показано, что экспозиция животных в течение 3 ч в день в течение 8 недель вызывает бронхоконстрикцию. Таким образом, выявленные нами фиброзные изменения в стенках трахеи, бронхов и повышение числа лимфоидных скоплений в бронхах и легких обусловлены хроническим химическим воздействием. Очевидно, повреждение эпителия, вызванное смесью ПДК ацетона, ацетальдегида и этанола приводит к образованию секреторных продуктов макрофагов и эпителиальных клеток, таких как макрофаг-воспалительный протеин -1α и 1β, фактор некроза опухоли – α, фибронектин, интерлейкин-1, трансформирующий фактор роста β, что приводит к развитию фиброза и гиперплазии бронхоассоциированной лимфоидной ткани. [12, 13, 14, 15]. Выводы 1. При хроническом химическом воздействии смеси ПДК ацетона, ацетальдегида и этанола у мышей-самцов линии F1 (CBA х C57Bl6) в стенке трахеи и бронхов выявляются очаги фиброза и гиперплазия ассоциированной со слизистыми оболочками лимфоидной ткани. 2. По сравнению с контрольной группой, в легких у мышей опытной группы выявляется статистически значимое повышение показателей лимфоидных скоплений, локализованных в стенке бронхов и вокруг кровеносных сосудов.

Список литературы

Дополнительные файлы