CC BY
19
ГИСТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ при дыхательной недостаточности
Ю.В. КАМИНСКИЙ, Е.А КОЧЕТКОВА, Е.А КОЦЮРБИЙ, И.А. РУБАШЕК, Б.И. ГЕЛЬЦЕР
Владивостокский государственный медицинский университет, кафедра патологической анатомии (зав. кафедрой - проф. Ю.В. Каминский), кафедра пропедевтики внутренних болезней (зав. кафедрой - проф. Б.И. Гельцер)
На материале 57 аутопсий и в эксперименте изучалась качественная и количественная оценка выраженности остеопороза в зависимости от степени дыхательной недостаточности при различных вариантах хронических обструктивных болезней легких.
Как показали проведенные исследования, дисфункцияремоделирования костной ткани при хронических обструктивных болезнях легких обусловлена ее повышенной резорбцией, выраженность которой зависит от степени дыхательной недостаточности и предшествующей терапии. Данные эксперимента указывают на определенную взаимосвязь между характером и выраженностью патоморфологических изменений в органах дыхания и состоянием костной ткани.
Остеопороз (ОП) — системное заболевание скелета, характеризующееся снижением плотности костной массы и нарушением микроархитектоники костной ткани, что ведет к увеличению хрупкости и повышению риска возникновения переломов костей [2, 9]. Сегодня ОП может рассматриваться как частая причина заболеваемости, длительной утраты трудоспособности, смертности населения развитых стран [4]. Значение с точки зрения прогноза и экономических потерь имеют возникающие при прогрессирующем ОП «спонтанные» переломы ребер, тел позвонков и трубчатых костей, особенно переломы шейки бедра [9].
Основная доля приходится на первичный (постмено-паузальный и сенильный) ОП, составляя более 80% всех его вариантов. Однако довольно высока и продолжает увеличиваться распространенность различных форм вторичных остеопений, являющихся следствием длительного приема некоторых лекарственных препаратов и хронических заболеваний. Вместе с тем спектр патологий, тесно ассоциированных с развитием ОП, постоянно расширяется [5, 6, 10]. Особый интерес представляет изучение ОП у больных хроническими обструктивными болезнями легких (ХОБЛ), ввиду того что в настоящее время эпидемиологические данные свидетельствуют об увеличении заболеваемости бронхиальной астмой, хроническим об-структивным бронхитом и эмфиземой — наиболее часто встречающимися формами обструктивной патологии легких. Это связано как с факторами инфекционной агрессии, курением, так и с прогрессирующим ухудшением экологической обстановки [5, 8, 13, 15, 16].
Цель настоящего исследования - качественная и количественная оценка выраженности ОП в зависимости от степени дыхательной недостаточности (ДН) при различных вариантах ХОБЛ, определение взаимосвязи между структурными изменениями в органах дыхания и костной ткани при экспериментальной патологии легких.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
На материале 57 аутопсий больных, страдавших при жизни хроническим бронхитом, бронхиальной астмой и эмфиземой легких и умерших в возрасте от 28 до 84 лет, проведены гистологические и гистостереометрические исследования фрагментов ребер, позвонков, подвздошной и бедренной костей, по которым с достаточной степенью достоверности можно судить о состоянии костной ткани в целом [9]. В качестве контроля использованы материалы 35 судебно-медицинских вскрытий лиц, погибших от случайных причин в аналогичном возрасте.
Для углубления представлений о степени морфофун-кциональных изменений в легких и их взаимосвязи с па-
тологией костной ткани проведено экспериментальное исследование на 40 белых нелинейных половозрелых крысах-самцах массой 180—220 г с моделированием бронхиальной астмы и хронического неспецифического воспаления в легочной ткани. Модель бронхиальной астмы получали путем сенсибилизации овальбумином по методу АМетжоп [14]. С целью поддержания устойчивого брон-хоспазма каждые три дня в течение 1, 6 и 12 месяцев животным проводили ингаляционное введение 0,03% раствора овальбумина. Длительность формирования устойчивого бронхоспазма позволяет определить основные механизмы бронхоспастических процессов, выявить степень структурных изменений в бронхах, определить характер взаимосвязей с патологией костной системы.
Воспроизведение хронического неспецифического процесса в легочной ткани осуществляли путем введения в вену хвоста взвеси отмытых петушиных эритроцитов по известному методу Апёегевоп [14]. Эвтаназия животных проводилась путем декапитации через 1,6, 12 месяцев в первом случае, во втором - через 6 месяцев от начала эксперимента. В зависимости от целей и задач исследования животные были разделены на 3 группы: 1-я - животные с экспериментальной бронхиальной астмой; 2-я - с хроническим неспецифическим процессом в легких и 3-я - интактные животные (в 1-й и во 2-й группах по 20 крыс, в 3-й — 10 животных). Материал фиксировался в 10%-ном нейтральном формалине и после декальцинации реактивом Эванса заливался в парафин. Срезы окрашивались гематоксилином и эозином, по Шморлю и по Маллори.
Исследование объемных и метрических величин осуществлялось при помощи стереометрической сетки и окуляра-микрометра. Полученные данные обрабатывались методами вариационной статистики. Оценивали показатели объемной плотности трабекул и остеоида, диаметр гаверсова канала, толщину костных балок. При морфо-метрическом исследовании бронхиального дерева на уровне сегментарных бронхов определяли толщину слизистой оболочки, степень выраженности десквамации и пролиферации по отношению к сохранившемуся эпителию, степень обтурации просвета бронха секретом, толщину альвеолярной стенки и альвеолярной мембраны.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Морфологический анализ материала показал, что статистически достоверной разницы между показателями, характеризующими плотность костной ткани у пациентов с хроническим обструктивным бронхитом, хронической обструктивной эмфиземой и бронхиальной астмой, не существовало. Не найдено также достоверной разницы между показателями мужчин и женщин внутри срав-
Таблица 1
Характеристика плотности костной ткани у больных хроническими обструктивными болезнями легких в зависимости от возраста и степени выраженности дыхательной недостаточности
Возраст ДН1 ДНИ ДНШ
Объем трабекул, % Объем остеоида, % Толщина трабекул, мкм Объем трабекул, % Объем остеоида, % Толщина трабекул, мкм Объем трабекул, % Объем остеоида, % Толщина трабекул, мкм
20-29 21,4±0,2* 5,5±0,3* 93,4±0,5* — — — — — —
30-39 - - - — - - 19,7±0,1 6,5±0,1* 94,0±0,4*
40-49 - - - — - — 18,1±0,7* 6,2±0,1* 88,6±1,0*
50-59 - - - 19,3±0,1* 6,9±0,5* 89,6±0,5* 18,4±0,2* 8,5±0,4* 85,6±2,5*
60-69 — - — 14,2±0,1* 8,1±0,2* 85,6±1,2 13,0±0,1* 9,2±0,1* 86,6±0,7*
70-79 — — — 14,1+0,6 7,8±1,1 84,6±0,7 13,8±0,5* 7,5±0,9* 82,3±0,6*
>80 15,5±0,3* 6,25±0,3* 84,4±0,2* 16,5±0,4* 5,5±0,5* 82,3± 1,1* 13,8±0,6* 9,6±1,5* 83,5±0,3*
• достоверность разности с контролем р<0,05 (и менее).
ниваемых возрастных групп и в контроле. Полученные результаты представлены в табл. 1.
Не исключено, что отсутствие достоверной разницы с контролем по ряду показателей, приведенных в таблице, объясняется недостаточным количеством наблюдений. Для оценки влияния этого фактора проведено сравнение по группам с ДН в целом. Так, при ДН 1 ст. (6 случаев) объемная плотность кости составила 17,5+0,9%, ДН II ст. (12 наблюдений) сопровождалась снижением данного показателя до 16,0+0,5%. При тяжелой ДН (38 случаев) объем трабекул оказался равным 14,4+0,4%. При использовании в клинике глюкокортикоидов (4 наблюдения бронхиальной астмы) этот показатель составил 15,4+0,4%. Средняя объемная плотность кости в контроле — 19,3+0,5%. Статистически достоверное различие с контролем определено для лиц ДН II и III ст. и пациентов, длительно леченных при жизни кортикосте-роидами.
Снижение объемной плотности костной ткани у лиц с различными вариантами ХОБЛ происходило без явного участия остеокластов. Этот феномен можно объяснить на основе теории о базисной многоклеточной единице кости [9, 10]. Гипоксия, сопровождавшая ДН, способствовала поступлению в кровь и затем в лакунарно-ка-нальцевую систему образующихся токсинов и тканевых элементов, что приводило к дистрофическим изменениям в остеоцитах, которые зачастую исчезали из лакун или оставляли после себя лишь пикнотические ядра [7, 12]. Расстояние между остеоцитом и капилляром в пределах многоклеточной единицы кости, вследствие этого, прогрессивно увеличивалось. Известно, что питание остеоцита адекватно обеспечивается на расстоянии не более чем 100 мкм от кровеносного капилляра, большее увеличение «дальности доставки» ведет к гибели клетки. На собственном же материале этот показатель зачастую превышал 200 мкм, преобладал так называемый пе-риканаликулярный остеолиз (рис. 1). Тем не менее, наряду с остеолизом наблюдались и признаки остеогенеза в пределах остеона. Вероятно, это объясняется компенсаторно-приспособительными процессами, развивающимися в ответ на хроническую гипоксию. Здесь формировалась брадитрофная хрящевая ткань. Перициты размножались и дифференцировались в направлении остеобластов (рис. 2). Отмечено и появление остеобластов со стороны эндоста — до 3-11 клеток в поле зрения. При окраске по Маллори отчетливо выявлялся синтез остео-цитами коллагенового каркаса для дальнейшей кальци-
нации. Возникновение очагов костеобразования не было связано ни со степенью ДН, ни с возрастом больных.
Для сопоставления морфофункционального состояния костной ткани со структурными изменениями в органах дыхания при различных вариантах ХОБЛ мы провели эксперимент с моделированием бронхиальной астмы и хронического неспецифического воспаления в легких.
При морфометрическом исследовании сегментарных бронхов у животных с устойчивым бронхоспазмом, по сравнению с интактными, наблюдались признаки воспалительного процесса (выраженная лимфоцитарно-эози-нофильная инфильтрация всех слоев стенки бронха, достоверное утолщение слизистой оболочки, обтурация бронхов плотным секретом). Активность воспаления напрямую зависела от давности эксперимента. Так, через 1 мес. от его начала количество клеток в подслизистом слое составило 80+1,38 в 1 мм2, через 6 мес. - 120+1,20 в 1 мм2, через год клеточная инфильтрация в слизистой оболочке бронха составила 160+3,56 в 1 мм2. Увеличивалось количество бокаловидных клеток по отношению к клеткам мерцательного эпителия (10:1) как за счет деск-вамации реснитчатых клеток, так и за счет увеличения абсолютного числа бокаловидных элементов. Базальная мембрана бронхов была утолщена из-за резкого отека, а при длительности эксперимента 12 мес. - склероза и ги-алиноза (рис. 3). Отмечена гипертрофия мышечных структур с участками замещения их соединительной тканью. Достоверно нарастала степень обтурации бронхов плотным секретом с клеточными элементами, который занимал 80+0,5% их просвета через 12 мес. от начала эксперимента. Патоморфология костной ткани у животных с устойчивым бронхоспазмом характеризовалась явными изменениями ее основных структур: уменьшались толщина костных трабекул и объемная плотность кости, увеличивался диаметр гаверсовых каналов до 250± 10,24 мкм (по сравнению с контролем, р<0,05). С удлинением времени эксперимента описанные выше изменения в костной ткани животных приобретали более выраженный характер.
В экспериментальной группе с моделью хронического неспецифического процесса в легких зарегистрированы 2 варианта изменений в легочной ткани: преимущественно эмфизематозно-склеротический (у 13 животных) и бронхитический (7 животных).
Особенности морфологической картины в группе животных с эмфизематозно-склеротическими изменениями были следующими: атрофия и склероз альвеолярных пе-
Рис. 1.
Расширение гаверсова канала бедренной кости с увеличением расстояния между сосудом и остеоцитами при хроническом обструктивном бронхите и эмфиземе легких с дыхательной недостаточностью II ст. у больного 57 лет. Окраска гематоксилином и эозином, х 200 (1 — сосуд; 2 — остеобласты)
Рис. 2.
Остеобластическая дифференцировка перицитов сосуда гаверсова канала бедренной кости при хроническом обструктивном бронхите и эмфиземе легких с
дыхательной недостаточностью III ст. у больного 50 лет. Окраска гематоксилином и эозином, х 200 (1 — остеобластическая дифференцировка перицитов сосуда, 2 — остеобласты)
Рис. 3.
Остеодистрофия бедренной кости при длительном лечении глюкокортикоидами бронхиальной астмы у больного 64 лет: истончение костных балок, разрастание фиброзной ткани, остеокласт на поверхности костной балки. Окраска гематоксилином и эозином, х400
регородок и бронхиол, истончение альвеолярных перегородок (5,0±0,12 мкм, в контроле 8,0+0,31 мкм, р<0,05).
Хронический бронхит отмечен у 7 животных, преобладала катаральная форма воспаления. У 5 крыс обнаружена центрилобулярная эмфизема. Обращали на себя внимание резко выраженная гипертрофия мышечного аппарата бронхов, увеличение количества бокаловидных клеток, изменение соотношения реснитчатых и бокаловидных клеток в сторону преобладания последних (0,09+0,002 против 0,05+0,001 в контроле, р<0,05). Отмечалось уплощение покровного эпителия с очаговой плоскоклеточной метаплазией. Базальная мембрана была представлена гомогенной, извитой полосой толщиной 6,4+0,15 мкм (4,5+0,1 мкм в контроле, р<0,05).
При исследовании костной ткани выявлено, что наиболее выраженные процессы регистрировались в группе животных с эмфизематозно-склеротическими изменениями: объемная плотность кости составила в этих случаях 68+0,2%, против 80+2,7% в контроле (р<0,05), диаметр гаверсовых каналов равнялся 290+4,35 мкм. В группе с бронхитическим вариантом поражения встречались участки с преобладанием остеобластов (30+0,59 в 1 мм2), преимущественно вокруг сосудов гаверсовой системы (по-видимому как проявление компенсаторно-приспособительной реакции на хроническую гипоксию), а также со стороны эндоста.
Таким образом, экспериментальным путем была установлена прямая зависимость между степенью изменений в легочной ткани и костях животных. Выраженность обструктивных и воспалительных процессов в бронхах прямо пропорциональна снижению объемной плотности кости. Отмечено, что резорбция часто протекала без присутствия остеокластов, с преобладанием перикана-ликулярной формы остеолиза. Качественные изменения, обнаруженные в исследуемом материале (аутопсийном и экспериментальном), дают основание заключить, что гипоксия, развивающаяся при хронических обструктив-ных болезнях легких, индуцировала смешанную форму ОП с преимущественной потерей губчатой кости.
Патогенетические механизмы остеопенического синдрома при ХОБЛ гетерогенны. Совершенно очевидно, что ускоренное развитие ОП у больных ХОБЛ связано не только с приемом ГК (как системных, так и ингаляционных), но и с интенсивным курением, гиподинамией, усилением катаболических процессов, потерей мышечной массы и гипоэстрогенемией [3, 4, 8]. Наиболее важным механизмом патогенеза остеопенического синдрома при ХОБЛ являются развитие дыхательной недостаточности (ДН) с ассоциированными с ней нарушениями кислотно-щелочного равновесия, дисбаланс в системе «ок-сиданты — антиоксиданты», способствующие развитию оксидативного стресса, что в свою очередь приводит к дестабилизации лизосомальных мембран и продукции клеточных медиаторов, непосредственно связанных с патогенезом ремоделирования кости [1, 3, 6, 11, 12].
Полученные нами результаты, основанные на качественной и количественной оценке, четко продемонстрировали последовательность потери и неоднородность морфологической картины костной ткани. ХОБЛ приводят к развитию вторичного ОП, выраженность которого зависит в первую очередь от степени ДН и проводимого лечения. Экспериментальные данные убедительно продемонстрировали прямую связь между изменениями в легких и костях, что свидетельствует о заметном влиянии патологического процесса в органах дыхания на состояние костной системы. Гуморальный фактор рассматривается нами как начальная фаза в механизме ремоде-лирования кости.
ВЫВОДЫ
1. При хронических обструктивных болезнях легких дисфункция ремоделирования костной ткани обусловлена ее повышенной резорбцией при относительно стабильном костеобразовании.
2. Гистоморфометрические исследования аутопсий-ного материала показывают, что выраженность остеопе-нического синдрома при ХОБЛ зависит от степени дыхательной недостаточности и предшествующей терапии.
3. Экспериментальные данные указывают на определенную взаимосвязь между характером и выраженностью патоморфологических изменений в органах дыхания и состоянием костной ткани.
SUMMARY
Qualitative andgrantative analyses of osteoporosis by different forms of COPD were estimated in material of 57autopsy and in experiment as conducted research shows the fact of increase of bone tissue resorbtion by COPD, and it is depended ofharolship of disese and conducted thesapy.
Experimental studies indicates on appointed intercommunication between character and degree patomorphologic changes in organs of airway and condition of bone tissie.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аврунин А. С, Корнилов Н. В., Суханов А. В., Емельянов В. Г. Формирование остеопоротических сдвигов в структуре костной ткани. СПб., 1998. 67 с.
2. Дамбахер М. А., Шахт Е. Остеопороз и активные метаболиты витамина D. Basle, EULAR Publishers, 1996. S. Y. S. Publishing 1996, Moscow (перев. с англ.). 140 с.
3. Данилов И. П., Макаревич А. Э. Хронический бронхит. Минск, 1989. 208 с.
4. Жюгжда А. Ю., Стапонкене М. А., Пяткевичене Р. И., Бальчюс В. Я. Эволюция учения о хроническом бронхите // Клиническая медицина. 1995. Т. 73, № 6. С. 8-10.
5. Кочеткова Е. А., Гельцер Б. И., Невзорова В. А., Коновалова Е. А., Рубашек И. А. Остеопороз как проблема пульмонологии // Тихоокеанский медицинский журнал. 1999. № 2. С. 76-79.
6. Кочеткова Е. А. Функциональное состояние костной ткани у больных бронхиальной астмой и хроническим обструк-тивным бронхитом и коррекция его нарушений альфакальци-диолом: Автореферат дис. ... кандидата медицинских наук. 2000.
7. Лаврищева Г. И., Карпов С. П., Бачу И. С. Регенерация кровоснабжения кости. Кишинев, 1981. 166 с.
8. Лешукович Ю. В. Типовая эпидемиологическая характеристика основных форм ХНЗЛ у взрослых // Пульмонология. 1994. №3. С. 57-62.
9. Ревелл П. А. Патология кости. М.: Москва, 1993. С.
367.
10. Рожинская Л. Я. Остеопороз: диагностика нарушений метаболизма костной ткани и кальций-фосфорного обмена // Клиническая лабораторная диагностика. 1998. № 5. С. 25-32.
П.Серов В. В., Шехтер А. Б. Соединительная ткань. М., 1981. С. 311.
12. Хмельницкий О. К., Некачалов В. В., Зиновьев А. С. Общая патоморфология костно-суставного аппарата. Новосибирск, 1983. С. 193.
13. Чучалин А.Г. Бронхиальная астма. М., 1997. Т. 1. С. 78-113.
14Andersson P. Antigen-induced bronchial anaphylaxis in actively sensitized guinea pigs // Allergy. 1980. V. 35. P. 65-71.
15.Pluskiewich W., Rogala E. // Przegl. Lek. 1997. V. 54. P. 21-24.
16.McEvoy C.E., Ensrud K.E., Bender E. et al. // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1998. V. 157. P. 704-709.
КОММЕНТАРИИ РЕДАКЦИИ
Работа посвящена актуальной теме гистоморфометрии костной ткани. Таких работ в нашей стране крайне мало, что связано не только с недостаточностью осведомленности о значении метода для дифференциальной диагностики остеопороза и изучения его патогенеза, но и с тем, что исследование является крайне трудоемким. Приветствуя появление таких работ, редакция не может не остановиться на некоторых важных аспектах.
1. Чтобы сравнивать результаты, полученные в разных клиниках, разных странах, т.е. «говорить на одном языке», необходимо строго придерживаться общепринятой терминологии. Авторы приводят результаты гистоморфометрии, но в названии говорят о гисто-морфологии, что не одно и то же.
2. Общепринятой является оценка параметров костной ткани, полученной из крыла подвздошной кости. Авторы же в своем исследовании приводят результаты гистоморфометрии ребер, позвонков, фрагментов бедренной кости и, по всей видимости, в табл. 1 дают суммарный результат, чего делать ни в коем случае нельзя. Даже для биоптатов из крыла подвздошной кости в разных возрастных группах нормативные значения, приводимые разными авторами, варьируются в широких пределах. Для того чтобы говорить об остеопорозе по данным гистоморфометрии, необходимо сравнивать полученные результаты с нормативными значениями тех лабораторий, которые имеют наибольший опыт. В данной статье не приводятся нормативные значения, авторы ссылаются лишь на весьма ограниченный материи (35 судебно-медицинских вскрытий лиц, погибших от случайных причин, с неуточненным анамнезом, т.е. не исключено, что они также могли страдать остеопорозом).
3. Авторы вольны в терминологии. Так, в табл. 1, говоря о характеристике плотности костной ткани (название таблицы), они приводят, кроме объемной плотности, обозначив ее как объем трабе-кул, такие количественные параметры, как объем остеоида и толщина трабекул (которые таковыми не являются).
4. Вызывает удивление высокая доля остеоида в исследованных срезах. При остеопорозе именно при исследовании декальцинированных срезов удается измерить объем первичной остеоидной ткани, доля которой не превышает 2-3%. Не исключено, что у части пациентов имела место остеомаляция, особенно в возрастной группе старше 50 лет.
5. Непонятно, как оценивать результаты измерения толщины трабекул. При остеопорозе, как известно, толщина трабекул в крыле подвздошной кости колеблется от 130 до 160 мкм. В результатах, приводимых авторами, она значительно меньше, причем не зависит от степени выраженности потери костной ткани.
6. По всей видимости, под смешанной формой (авторы объяснения не приводят) понимают остеопороз, когда одновременно происходит потеря губчатой и кортикальной кости. Остается неясным, почему, проводяморфометрию, авторы не оценили порозность и толщину кортикальной пластинки, параметры, которые как раз и дают возможность оценить потерю кортикальной кости.
7. Авторы считают, что потеря костной ткани происходит без участия остеокластов. Действительно, имелся ряд сообщений, в которых обсуждается возможность подобного механизма потери кости. Однако к настоящему времени накоплен колоссальный материал, сви -детельствующий о том, что «бесклеточная» потеря костной ткани невозможна. Остеокласты, выполнив свою функцию и сформировав резорбтивную полость, погибают. Поэтому при статической гистоморфометрии мы видим полости, не содержащие клеток. Следует также учитывать, что в биоптатах больных остеопорозом количество остеокластов очень низкое: число ОКна 1 мм* - 0,24+0,16или 0,39±0,31, поэтому обнаружить их представляется непросто.
8. Вызывает сомнение трактовка патогенеза потери костной ткани при гипоксии вследствие заболеваний органов дыхания, предложенная авторами. Если токсины и тканевые элементы, поступающие из крови, разрушают остеоциты, то почему не страдают не только остеобласты, но и процесс дифференцировки их предшественников (авторы приводят результаты дифференцировки перицитов в направлении остеобластов, документированные рисунками). К настоящему времени накопчены многочисленные данные, в которых показано, что дифференцировка остеобластов происходит при обязательном присутствии остеокластов.
Изложенное выше дает основание высказать сомнения по поводу правомочности 1-го вывода о том, что потеря костной ткани обусловлена повышенной резорбцией. Авторы не приводят каких-либо доказательств этого постулата.
Что касается выводов 2 и 3, то нам кажется, что они логично вытекают из экспериментальных исследований, проведенных авторами.
