CC BY
19
УДК 611. 42 : 611. 34 ] : 546.81 - 092.9
DOI: 10.15372/SSMJ20180604
ОСОБЕННОСТИ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПЕЧЕНИ И СТРУКТУРЫ МЕЗЕНТЕРИАЛЬНОГО ЛИМФАТИЧЕСКОГО УЗЛА У КРЫС ПОДРОСТКОВОГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОЙ ИНТОКСИКАЦИИ СВИНЦОМ
Павел Александрович ЕЛЯСИН1, Светлана Васильевна ЗАЛАВИНА1, Александр Николаевич МАШАК1, Анатолий Викторович СКАЛЬНЫЙ2
1 Новосибирский государственный медицинский университет Минздрава России 630091, г. Новосибирск, Красный просп., 52
2 Центр биотической медицины
105082 г. Москва, Переведеновский пер., 13 стр. 8
Цель исследования - выявить структурные перестройки мезентериального лимфатического узла подростков самцов крыс с учетом изменений в минеральном обмене на фоне хронической интоксикации ацетатом свинца. Материал и методы. Эксперимент проведен на 4-недельных самцах крыс Wistar подросткового возраста (10 крыс), получавших per os раствор ацетата свинца в суточной дозе 10 мг/кг массы тела в течение 21 суток, животные контрольной группы (10 крыс) получали корм без тяжелого металла. Исследовали мезентериальный лимфатический узел, печень (окраска гематоксилином и эозином, азуром II и эозином) с помощью световой микроскопии и морфометрии; содержание биоэлементов в печени определяли с помощью атомной эмиссионной спектрометрии с индукционно-связанной аргоновой плазмой. При статистической обработке результатов исследования применяли непараметрический ^/-критерий Манна - Уитни, критерий Пирсона х2. Результаты и их обсуждение. Лимфатический узел перестраивается из промежуточного (в контроле) во фрагментированный функциональный тип, способствующий активному току лимфы через синусную систему лимфоидного органа. Снижается доля Т-зависимых функциональных зон лимфоузла. В 100 % наблюдений выявлено повышение концентрации свинца в тканях печени. В 60 % образцов печени обнаружено снижение содержания калия и цинка. В 40 % случаев произошло нарушение обмена марганца, в 20 % регистрируются отклонения в количестве кальция, йода, фосфора и кремния. Таким образом, хроническое воздействие подострых доз ацетата свинца на организм подростков самцов крыс приводит к выраженным сдвигам в обмене биоэлементов. На фоне измененных биохимических процессов формируются структурно-функциональные перестройки в мезентериальном лимфатическом узле: депрессия иммунной обработки лимфы, активизация транспортной функции органа.
Ключевые слова: мезентериальный лимфатический узел, ацетат свинца, печень, микроэлементы, интоксикация.
Актуальность проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами объясняется, прежде всего, широким спектром действия этих поллютантов на организм человека, где они оказывают токсическое, аллергическое, канцерогенное, гонадотропное и эмбриотоксическое действие [13]. На сегодняшний день возродился интерес к роли микроэлементов в патогенезе многих соматических и эндемических заболеваний [1]. Загрязнение окружающей среды токсичными металлами в первую очередь сказывается на детях, так как интенсивное накопление ток-
сичных элементов происходит еще через плаценту [10]. Это приводит к формированию патологии детей, развитию множества болезней, зачастую с хронизацией патологического процесса, задержке умственного и физического развития.
Соединения тяжелых металлов поступают в организм преимущественно через желудочно-кишечный тракт с пищевыми продуктами и водой, при этом раньше других систем на их вторжение реагируют иммунная, эндокринная и нервная системы [6]. Лимфатические узлы занимают особое место среди лимфоидных органов, одно-
Елясин П.А. - к.м.н., доцент кафедры анатомии человека, [email protected]
Залавина С.В. - д.м.н., проф., зав. кафедрой гистологии, эмбриологии и цитологии, е-mail: [email protected] Машак А.Н. - д.м.н., проф., зав. кафедрой анатомии человека, е-mail: [email protected] Скальный А.В. - д.м.н., проф., директор, [email protected]
временно осуществляя дренаж, детоксикацию в интерстиции и выполняя иммунную функцию [4]. В соответствии с классической концепцией Ю.И. Бородина о том, что морфофункциональ-ный статус региона неразрывно связан с клеточным составом и структурной организацией регионарных лимфоузлов, определяющих местную иммунную функцию, необходимо понимать, что выраженность всех функциональных процессов в лимфатическом узле подчиняется возрастным перестройкам [9]. При этом возрастные особенности структуры лимфатического узла отражают как в зеркале возрастные особенности региона в целом.
Необходимо отметить, что до настоящего времени отсутствуют данные комплексного изучения микроэлементного баланса в сопоставлении с функциональной морфологией лимфоузлов на этапах онтогенеза [14]. Без представления о регулирующей роли микро- и макроэлементов во взаимосвязи с лимфатической системой органа нельзя понять механизмы и обосновать возможности коррекции нарушенных функций и структурных изменений.
Цель исследования - выявить структурные перестройки мезентериального лимфатического узла самцов-подростков крыс с учетом изменений в минеральном обмене на фоне хронической интоксикации ацетатом свинца.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Экспериментальная часть работы проводилась с соблюдением рекомендаций о работе с лабораторными животными, принципами биоэтики и правилами лабораторной практики (GLP, European Communities Council Directives of 24 November 1986, 86/609/EEC), изложенных в «Международных рекомендациях по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985) и в соответствии с приказом МЗ РФ № 267 от 19.06.2003.
Эксперимент проведен на 4-недельных самцах крыс Wistar (20 крыс). Данный возраст экспериментальных животных, исходя из существующего соотношения продолжительности жизни крыс и человека [2], соответствует подростковому возрасту онтогенеза человека. Животные основной группы (10 крыс) содержались в стандартных условиях вивария, per os получали раствор ацетата свинца (Pb(CH3COO)23H2O) в суточной дозе 10 мг/кг массы тела в течение 21 суток. Контрольная группа (10 крыс) получала аналогичный корм без тяжелого металла. Объектом исследования явился мезентериальный лимфатический узел, поскольку он является регионарным для тонкой
кишки, где происходит основной объем всасывания ацетата свинца.
Структуру лимфатического узла исследовали методом точечной морфометрии на светоопти-ческом уровне, который является классическим и не утратил своего значения из-за доступности, простоты и высокой информативности. Изучение структуры мезентериального лимфатического узла выполнялось в соответствии с требованиями к их гистологическому исследованию на фоне изменений, возникших под влиянием каких-либо факторов [12]. Лимфоузлы фиксировали в 10%-м нейтральном формалине. Проводку и заливку материала в парафин с последующим приготовлением гистологических срезов осуществляли по классической схеме. Гистологические срезы изготавливали по длинной оси органа и окрашивали гематоксилином и эозином, азуром II и эозином. Морфометрический анализ функциональных зон лимфоузла с определением их относительной площади осуществляли с помощью морфометрической сетки Стефанова [5], которую накладывали на срез лимфоузла на срезах максимальной площади. Цитоархитектонику структурно-функциональных зон проводили при увеличении микроскопа в 32 раза. Для определения содержания биоэлементов в печени крыс проводили аналитические исследования методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе NexION 300D (Perkin Elmer Inc., США) после калибровки с использованием стандартных наборов Universal Data Acquisition Standards (Perkin Elmer Inc.). На протяжении всех анализов проведена внутренняя онлайн-стандартизация с использованием стандартных растворов иттрия и родия (Perkin Elmer Inc.). Содержание микроэлементов в пробах выражали в микрограммах на грамм сухой массы. Выбор печени обусловлен тем, что она является одним из основных органов-депо для многих биоэлементов, обеспечивает процессы детоксикации и поддержания гомеостаза. Определяли содержание I, Cr, Ca, K, Mn, P, Pb, Zn в 7-8 образцах печени в каждой группе.
При статистической обработке результатов исследования для сравнения количественных признаков между двумя независимыми группами применяли непараметрический ^-критерий Манна - Уитни для малых групп, для сравнения соотношения частот встречаемости признаков в независимых группах - критерий Пирсона %2. Все результаты представлены в виде M ± m, где М -среднее значение, m - ошибка среднего. Критическое значение уровня статистической значимости (p) при проверке нулевых гипотез принимали равным 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Регионарные лимфатические узлы располагаются на пути оттока лимфы и обладают в каждом регионе специфическими особенностями структурной организации. Регулируя клеточный и химический состав, иммунные процессы и интенсивность лимфодинамики, лимфоузлы обеспечивают гомеостаз своего региона.
В настоящей работе исследуются регионарные по отношению к тонкой кишке мезентери-альные лимфатические узлы, корково-мозговой индекс которых в контрольной группе составил 1,063 ± 0,015 (отношение коркового вещества к мозговому), что позволило отнести их к промежуточному функциональному типу в соответствии с классификацией Ю.И. Бородина. При этом площадь коркового вещества составила от общей площади лимфоузла 48,5 ± 0,32 %, на мозговое вещество приходится 45,65 ± 0,33 %. В корковом веществе преобладает площадь па-ракортикальной зоны - 37,24 ± 0,32 %. В мозговом веществе доля мозговых синусов больше площади мозговых тяжей более чем в 3 раза. Полученные сведения о морфофункциональной организации мезентериального лимфатического узла позволяют предположить уравновешенность в нем лимфопоэтической и дренажной функций. При этом площадь Т-зависимой зоны составляет 40,97 ± 0,92 %, а В-зависимых структур - 18,28 ± 1,97 %, что свидетельствует о некотором преобладании Т-клеточных механизмов иммунного гомеостаза над В-зависимыми гуморальными.
После хронического воздействия ацетатом свинца в лимфатическом узле крыс подросткового возраста происходят значительные морфо-функциональные изменения. Происходит двукратное увеличение относительной площади соединительнотканной капсулы. Суммарная площадь В-зависимых структур остается на уровне контроля. При анализе зональных перестроек составляющих В-зависимой зоны выявляется трехкратное увеличение доли первичных лим-фоидных узелков (р = 0,0001), что сочетается с уменьшением площади мозговых тяжей на 40 %, площадь вторичных лимфоидных узелков сохраняется на уровне контрольной группы, однако в их структуре увеличивается площадь герминативных центров (р = 0,002). Снижение доли мозговых тяжей мозгового вещества (р = 0,0001) является морфологическим подтверждением уменьшения поступления клеток лимфоидного ряда в центральную лимфу через воротный синус лимфоузла.
При исследовании Т-зависимых структур выявляется уменьшение на 42 % суммарной площади Т-зависимых зон, что вызвано депрессией площади паракортикальной зоны более чем в 3 раза. Полученные данные отражают депрессию Т-зависимых механизмов иммунных процессов и большую устойчивость В-зависимых структур к хроническому поступлению ацетата свинца.
Увеличивается площадь мозгового вещества на 42,02 % (р = 0,0001) за счет мозговых синусов, доля которых больше контрольных показателей на 65 %. Между этими показателями выявлена сильная положительная связь (г = 0,983). Снижается площадь коркового вещества (р = 0,0001) за счет площади паракортикальной зоны, что подтверждает выявленная сильная положительная связь (г = 0,823) между этими показателями.
В целом лимфатический узел перестраивается из промежуточного (в контроле) во фрагмен-тированный функциональный тип, способствующий активному току лимфы через синусную систему лимфоидного органа. Выявленная нами трансформация функционального типа организации мезентериального лимфатического узла из промежуточного во фрагментированный на фоне хронической интоксикации свинцом согласуется с данными, описанными в литературе [3].
Анализ особенностей минерального обмена выявил в 100 % наблюдений повышение концентрации свинца в тканях печени. Этот факт позволяет судить о корректности постановки и проведения экспериментального воздействия. Необходимо отметить, что свинец обладает прямым иммунотоксическим действием [17], вызывая подавление функциональной активности естественных киллеров ^К-клеток), выполняющих цитотоксические и цитокин-продуцирую-щие функции [11].
В 60 % наблюдений выявлены отклонения в обмене калия. Общеизвестен факт, что ионы калия, являясь основным внутриклеточным элементом, обеспечивают поддержание осмотического давления, объема клетки, активности ферментативных систем и работу ионных клеточных каналов [7]. Кроме того, этот элемент обеспечивая работу К+-каналов, которые выступают в качестве эффекторов путей передачи сигнала и играют определенную роль в лизисе клеток цитотоксиче-скими Т-лимфоцитами [8].
Уменьшение содержания цинка в 60 % наблюдений подтверждает тот факт, что соединения свинца являются его биохимическими антагонистами. Дефицит цинка вызывает потерю аппетита, нарушает деятельность пищеварительных ферментов, что негативно влияет на процессы
переваривания и всасывания в тонкой кишке, а это в свою очередь приводит к нарушению роста и формирования организма и его систем [15]. Ги-поэлементоз цинка может вызывать нежелательные иммунные реакции, вызывая значительные сдвиги в обмене интерлейкинов (интерлейкин-10, интерлейкин-27), других цитокинов и продукции Т-клеток. Таким образом, нормализация обмена цинка является перспективным средством для терапии аллергии без ущерба для иммунной системы [16].
Выявленные гипомикроэлементозы калия и цинка в печени отражают, по нашему мнению, возникший дефицит этих биоэлементов в организме в целом у крыс подросткового возраста в условиях накопления свинца. Эти химические изменения приводят к нарушению в работе тонких биохимических процессов, сопровождающихся нарушением иммунных процессов преимущественно в Т-зависимых структурах лимфатических узлов.
В 40 % случаев произошло нарушение обмена марганца, в 20 % регистрируются отклонения в количестве кальция, йода, фосфора и кремния. Указанные биоэлементы, являясь жизненно важными, играют известную и значимую биологическую роль в развитии и становлении всех функциональных систем растущего организма.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хроническое воздействие подострых доз ацетата свинца на организм самцов крыс подросткового возраста приводит к выраженным сдвигам в обмене биоэлементов, что является отражением измененного химического гомеостаза печени и организма в целом. На фоне измененных биохимических процессов неизбежно формируются структурно-функциональные перестройки и отклонения в различных системах организма. В ме-зентериальном лимфатическом узле происходит депрессия иммунной обработки лимфы, что проявляет себя в преимущественном уменьшении Т-зависимых структур, это сочетается с активизацией транспортной функции органа. Лимфоузел дренирует интерстиций своего региона, удаляя токсичный тяжелый металл из интерстиция тонкой кишки, что в целом способствует выведению свинца из организма.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. М.: Медицина, 1991. 496 с.
2. Гелашвили О.А. Вариант периодизации биологически сходных стадий онтогенеза человека и крысы // Сарат. науч.-мед. журн. 2008. 22. (4). 125-126.
3. Залавина С.В., Асташов В.В., Елясин П.А., Греф В.В. Цитоархитектоника лимфатических узлов беременных самок-крыс Wistar в условиях хронического поступления свинца // Вестн. КРСУ. 2017. 17. (3). 169-172.
4. Коненков В.И., Бородин Ю.И., Любарский М.С. Лимфология. Новосибирск: Манускрипт, 2012. 1104 с.
5. Стефанов С.Б. Морфометрическая сетка случайного шага как средство ускоренного измерения элементов морфогенеза // Цитология. 1974. 16. (6). 785-787.
6. Теплая Г.А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды // Астрах. вестн. экол. образования. 2013. 23. (1). 182-192.
7. Aperia A.J. To serve and protect: classic and novel roles for Na+, K+-adenosine triphosphatase // Am. Soc. Nephrol. 2012. 23. (8). 1283-1290.
8. Attali B., Romey G., Honoré E., Schmid-Alliana А., Mattéi M.G., Lesage F., Ricard Р., Barhanin J., Lazdunski M.J. Cloning, functional expression, and regulation of two K+ channels in human T lymphocytes // Biol. Chem. 1992. 267. (12). 8650-8657.
9. Betterman K.L., Harvey N.L. The lymphatic vasculature: development and role in shaping immunity // Immunol. Rev. 2016. 271. 276-292.
10. Cheichowska M. Jabionka-Salach K., Ambroszkiewicz J., Maciejewski T., Gajewska J., Bulska E., Laskowska-Klita T., Leibschang J., Barciszewski J. Effect of cigarette smoking on blood lead levels in pregnant women // Med. Wieku Rozwoj. 2012. 16. (3). 196-204.
11. Corsetti G., Romano C., Stacchiotti A., Pasini E., Dioguardi F. Endoplasmic reticulum stress and apoptosis triggered by sub-chronic lead exposure in mice spleen: a histopathological study // Biol. Trace Elem. Res. 2017. 178. (1). 86-97.
12. Cottier H., Turk J., Sobin L. A proposal for a standardized system of reporting human lymph node morphology in relation to immunological function // J. Clin. Pathol. 1973. 26. (5). 317-331.
13. Fenga C., Gangemi S., di Salvatore V., Falzone L., Libra M. Immunological effects of occupational exposure to lead // Mol. Med. Rep. 2017. 15 (5). 3355-3360.
14. Gorchakova O.V., Borodin Y.I., Gorchakov V.N. Lymph nodes of different localization: aging and correction. Saarbrucken: Lap Lambert, 2017. 350 p.
15. JingM.Y., Sun J.Y., WengX.Y., Wang J.F. Effect of zinc deficiency on intestinal mucosal morphology and digestive enzyme activity in growing rat // Zhonghua Er Ke Za Zhi. 2011. 49. (4). 249-254.
16. Rosenkranz E., Hilgers R.D., Uciechowski P., Petersen A., Plümäkers B., Rink L. Zinc enhances the number of regulatory T cells in allergen-stimulated cells from atopic subjects // Eur. J. Nutr. 2017. 56. (2). 557-567.
17. Zhang Y., Huo X., Cao J., Yang T., Xu L., XuX. Elevated lead levels and adverse effects on natural killer cells in children from an electronic waste recycling area // Environ. Pollut. 2016. 213. 143-150.
PECULIARITIES OF MINERAL EXCHANGE OF LIVER AND STRUCTURE OF THE MESENTERIAL LYMPH NODE OF ADOLESCENT RATS IN CONDITIONS OF LEAD CHRONIC INTOXICATION
Pavel Aleksandrovich ELYASIN1, Svetlana Vasilyevna ZALAVINA1, Aleksandr Nikolaevich MASHAK1, Anatoly Viktorovich SKALNY2
1 Novosibirsk State Medical University of Minzdrav of Russia 630091, Novosibirsk, Krasny av., 52
2 Center for Biotic Medicine
105082, Moscow, Perevedenovskiy lane, 13/8
The purpose of the research was to detect structural alterations of the mesenteric lymph node of male rats-adolescents taking into account changes in the mineral metabolism against a background of chronic intoxication with lead acetate. Material and methods. The experiment was carried out on 4-week male adolescents Wistar rats (10 rats) receiving per os lead acetate solution at a daily dose of 10 mg / kg body weight for 21 days, animals of the control group (10 rats) received food without heavy metal. The mesenteric lymph node and liver were examined (staining with hematoxylin and eosin, azur II and eosin) by light microscopy and morphometry; bioelement content in the liver was determined using atomic emission spectrometry with inductively coupled argon plasma. The non-parametric Mann - Whitney U criterion and the Pearson criterion x2 were used as statistical methods Results and discussion. The lymph node changed from an intermediate (in control) into a fragmented functional type that promotes active lymph flow through the sine system of the lymphoid organ. The ratio of T-dependent functional zones of the lymph node decreases. The increase in lead concentration in liver tissues was detected in 100 % of the observations. In 60 % of liver samples, a decrease in the content of potassium and zinc was detected. In 40% cases there was manganese exchange disorder, in 20 % there were deviations in calcium, iodine, phosphorus and silicon amounts. Thus, the chronic effect of lead acetate subacute doses on the body of rat male adolescents results in pronounced shifts in the exchange of bioelements. Against the background of altered biochemical processes, structural and functional rearrangements are formed in the mesenteric lymph node: depression of the immune processing of lymph, activation of the transport function of the organ.
Key words: mesenteric lymph node, lead acetate, liver, microelements, intoxication.
Elyasin P.A. - candidate of medical sciences, associate professor of the department of human anatomy, e-mail: [email protected]
Zalavina S.V. - doctor of medical sciences, professor, head of the department of histology, e-mail: [email protected]
Mashak A.N. - doctor of medical sciences, professor, head of the department of human anatomy, e-mail: [email protected]
Skalny A.V. - doctor of medical sciences, professor, director, e-mail: [email protected]
