CC BY
49
УДК 616.3:613.6
Е.А. Шинкаренко, А.А. Савченко, Л.Д. Зыкова
особенности патогенеза и морфологии гастрита лабораторных крыс при комплексном воздействии производственных факторов открытой добычи угля
НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН (Красноярск) Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого
(Красноярск)
Изучены морфологические признаки формирования гастрита у лабораторных крыс при комплексном воздействии производственных факторов в условиях открытой добычи, угля. Установлено, что воздействие средней нагрузки, производственных факторов вызывает, в желудке животных развитие реактивного гастрита с дистрофическими, изменениями, фокальными некрозами покровного эпителия и. эпителия, желез. Высокий уровень воздействия производственных факторов приводит, к формированию более выраженного гастрита с атрофией, некрозом., десквамацией покровного эпителия слизистой оболочки желудка, дистрофическими, изменениями, некрозом, эпителия, желудочных желез. Данные изменения сопровождаются, полиморфно-клеточной инфильтрацией и. фиброзом слизистой и. мышечной пластинок желудка.
Ключевые слова: уголь, крысы, гастрит
PEcuLiARiTiEs oF PATHoGENEsis AND MoRPHoLoGY oF GAsTRiTis iN LAB RATs AT coMPLEx IMPAcT of iNDUSTRiAL Factors of coAL oPEN-PIT MiNiNG
E.A. Shinkarenko, A.A. Savchenko, L.D. Zikova
Research Institute of Medical Problems of the North SB RAMS, Krasnoyarsk State Medical University named after v.F. voyno-Yasenetskiy, Krasnoyarsk
Morphological characters of gastritis formation in laboratory rats are studied, at complex influence of production factors in the conditions of coal open-pit mining. It is established, that influence of an average load, of production factors invokes in a stomach of animals development of a reactive gastritis with dystrophic changes, focal necrosises of a cover epithelium, and an gland epithelium.. High level of production, factors influence leads to formation of more expressed, gastritis with, an atrophy, a necrosis, a desquamation, of a cover epithelium, of a mucosa of a stomach, dystrophic changes, a necrosis of an stomachal gland, epithelium.. The given changes are accompanied, by a polymorpho-cellular infiltration, and. a fibrosis of mucous and. muscular plates of a stomach. Key words: coal, rats, gastritis
Профессиональные заболевания представляют собой одну из сложных медико-социальных проблем. Так, по мнению экспертов ВОЗ, 23 % всех заболеваний и 25 % всех случаев рака обусловлены воздействием факторов окружающей среды [3]. В Красноярске основным поставщиком каменноугольной руды является Бородинский угольный разрез [5, 6]. Объекты теплоэнергетики расположены более чем в 80 % населенных пунктов края и представлены котельными, ТЭЦ и ГРЭС. На предприятиях теплоэнергетики в год образуется 883,04 тыс. тонн золошлаков, что составляет около
1 % общего объема образуемых на территории края производственных отходов [8]. Ведущими нозологическими формами профессиональных заболеваний являются болезни органов дыхания (36,2 %), среди которых основное место занимают пневмокониозы — 10,3 %, хронические бронхиты — 11,1 %, силикоз — 12,3 %, профессиональная бронхиальная астма — 1,9 % [7, 12]. Медико-биологические исследования патологии, обусловленной пылевыми и сочетанными факторами, развивались в направлении создания клинико-патогенетической характеристики данного вида профзаболеваний. Наиболее изученным вопросом в этом
направлением является проблема пневмокониозов [4, 13]. В последнее время стали появляться научные работы, посвященные сочетанному влиянию производственных факторов угледобывающей промышленности на организм человека и животных [2, 9].
Для выявления новых аспектов комплексного воздействия производственных факторов на биологический организм поставлена следующая цель исследования: изучить патогенетические особенности и морфологические признаки гастрита лабораторных крыс, подверженных комплексному воздействию производственных факторов в условиях открытой добычи угля.
методика
В эксперименте использованы 30 беспородных лабораторных крыс-самцов в возрасте 3 месяцев. Полученные в виварии Красноярского международного центра исследования экстремальных состояний организма КНЦ СО РАМН, животные были разделены на три подопытные группы, по 10 крыс в каждой. Две экспериментальные группы были размещены на рабочих площадках роторных экскаваторов выполняющих добычу гумусового,
бурого угля марки 2Б. Группа животных № 1 в течение 30 дней содержалась в щитовом отделении роторного экскаватора 7 (РЭ 7), где отмечается среднее воздействие вибрации, шума и запыленности (уровень шума не превышал 86 дБ А, запыленность 5,8 мг/м3). Группа животных № 2 содержалась в течение 15 дней в машинном отделении роторного экскаватора 4 (РЭ4), где наиболее высокий уровень шума и вибрации при работе экскаватора (уровень шума 97 дБ А, запыленность 7,21 мг/м3), затем на 15 дней животные переводились в щитовое отделение, где показатели шума и вибрации средние. Контрольная группа крыс в течение всего эксперимента содержалась в нерабочей зоне угольного разреза. Из эксперимента животные выводились с соблюдением требования приказа № 724 Минздрава СССР от 13.11.84 г. «Правила проведения работ с экспериментальными животными».
Для гистологического исследования кусочки легких, желудка, печени, почек фиксировались в 10% нейтральном растворе формалина. Фиксированные кусочки внутренних органов обезвоживали в возрастающей концентрации спиртов, просветляли ксилолом и заключали в парафин. Срезы толщиной 5 — 8 мкм окрашивали гематоксилином-эозином и по методу Ван-Гизона пикро-фуксином. Изготовленные срезы изучали на световом микроскопе Микмед 2. Морфометрическое исследование гистологических срезов проводили согласно основным принципам стереологии в мор-фометрии [1]. Исследование методом прямой оку-лярометрии производилось с помощью стеклянной окулярной линейки. Цену деления линейки определяли с помощью объект микрометра на каждом рабочем увеличении микроскопа. Данный метод применяли для определения высоты покровного эпителия, глубины желудочных ямок, диаметра фундальных желудочных желез, по 25 замеров в 100 полях зрения для каждой группы животных. Выраженность различных патоморфологических изменений оценивали полуколичественным методом в баллах. Количество баллов признакам присваивалось в зависимости от объема процесса (локальный, очаговый, диффузный, тотальный), его обратимости (дистрофия или некроз, фиброз или склероз). Таким образом, 1 и 2 балла присваивалось легкообратимым процессам, 3 балла пограничным состояниям (процессы могут быть обратимы при малой выраженности), 4 и 5 баллов при выявлении малообратимых процессов и необратимых. Полученные баллы индивидуально суммировали и оценивали выраженность выявленных в исследуемых органах патологических процессов по следующей шкале: от 0 до 10 баллов — слабая степень выраженности; от 11 до 30 баллов — средняя степень; свыше 30 баллов — тяжелая.
По результатам исследования сформирована база данных. Подсчитывалось абсолютное и относительное число животных с наличием и отсутствием признака. Достоверность различий подсчитывали по с2. Для исследования силы взаимосвязей показателей вычислялся коэффициент ранговой
корреляции по Спирмену. Статистический анализ осуществляли в пакете прикладных программ Statistica 7.0 (StatSoft Inc., 2004).
результаты
На вскрытии, макроскопически у животных всех исследуемых групп слизистая оболочка желудка светло-серого цвета, влажная, блестящая, с четко выраженной складчатостью.
При микроскопическом исследовании в желудке крыс группы №1 (РЭ 7) выявлена слабо выраженная атрофия слизистой оболочки (табл. 1). Покровный эпителий преимущественно уплощен с признаками зернистой дистрофии. Встречается мелкоочаговая гиперплазия, некробиоз, некроз эпителия с последующей десквамацией в просвет желудка. При морфометрическом исследовании выявлено увеличение глубины желудочных ямок в 1,2 раза, относительно показателя контрольной группы. На уровне ямок у 90 % крыс определяется мелкоочаговая инфильтрация лимфоцитами, гистиоцитами, а у 80 % крыс среди воспалительного экссудата определяются нейтрофильные лейкоциты (рис. 1). Зернистая дистрофия обкладочных и главных клеток сопровождается некрозом отдельных эпителиоцитов в 80 % случаев. У 70 % крыс часто видны кистозно-расширенные просветы фундальных желез (выстланы однородными кубическими клетками со слабобазофильной цитоплазмой и гомогенным ядром). Средний диаметр желез у животных данной группы превышает показатель контроля и составляет 28,06 мкм (табл. 1). В просветах желез небольшое количество эозинофильного секрета. В строме, на уровне тел желудочных желез, выявляются множественные мелкоочаговые лимфогистиоцитарные инфильтраты. У 70 % крыс клеточные инфильтраты сдавливают и деформируют железы. В 50 % случаев в области концевых отделов желез собственной пластинки слизистой оболочки и в подслизистой пластинке на фоне клеточной инфильтрации определяется умеренно выраженный фиброз.
У крыс группы № 2 (РЭ 4) микроскопически рельеф слизистой оболочки желудка сохранен, в фундальном отделе отмечается увеличение средней толщины слизистой оболочки, как по сравнению с группой контроля, так и по отношению к животным, содержавшимся в условиях среднего воздействия шума и вибрации (табл. 1). У всех животных данной группы видна зернистая дистрофия, фокальные и очаговые некрозы, гиперплазия, атрофия десквамация покровного эпителия. Средняя глубина желудочных ямок в сравнении с группой контроля увеличена на 24,1 %. Также определяется очаговая лимфоцитарная и лейкоцитарная инфильтрация желудочных ямок (рис. 2). У всех крыс отмечается эозинофильная зернистость цитоплазмы, увеличение размеров ядер, стертость контуров главных и обкладочных клеток, вплоть до мелкоочаговых некрозов. В 80 % случаев концевые отделы желез кистозно расширены и выстланы недифференцированными клетками кубической
рис. 1. Морфологические изменения в желудке лабораторных крыс, при воздействии средней нагрузки производственных факторов на РЭ7. примечание: 1 - зернистая дистрофия, некроз и частичная десквамация покровного эпителия;
2 - лимфоцитарная инфильтрация желудочных ямок; 3 - лейкоцитарная инфильтрация желудочных ямок; 4 - зернистая дистрофия главных клеток желудочных желез; 5 - зернистая дистрофия обкладочных клеток желудочных желез; 6 - некроз отдельных клеток желудочных желез; 7 - недифференцированные клетки в составе желез; 8 -лимфоцитарная инфильтрация слизистой оболочки на уровне желез; 9 - лейкоцитарная инфильтрация слизистой оболочки на уровне желез; 10 - кистозно-расширенные концевые отделы желез; 11 - фиброз слизистой оболочки желудка; 12 - лимфо-лейкоцитарная инфильтрация мышечной пластинки слизистой оболочки; 13 - деформация желудочных желез. * - статистически достоверные различия контрольных с опытными показателями, p < 0,05.
Таблица 1
Морфометрические показатели желудка лабораторных крыс при воздействии средней нагрузки
производственных факторов
Параметры (мкм) Контроль (п = 10) РЭ7 (п = 10) 0)
Желудок
Толщина слизистой оболочки Ме 629,76 608,64 651,84*
С25-С75 574,08-635,52 594,12-650,98 631,68-708,48
Высота покровного эпителия Ме 22,20 23,90 20,81
С25-С75 21,62-22,54 20,93-24,84 19,09-21,16
Глубина желудочных ямок Ме 74,06 90,85* 91,98*
С25-С75 69,23-84,41 88,09-94,30 90,16-103,50
Диаметр желудочных желез Ме 26,34 28,06* 28,75
С25-С75 25,53-26,91 27,83-29,44 27,83-30,59
примечание: * - статистически достоверное различие между группой контроля и опытом p < 0,05 и выше.
формы со слабо-эозинофильной цитоплазмой и гомогенным ядром. Лимфоцитарная и лейкоцитарная инфильтрация глубоких слоев собственной пластинки слизистой оболочки преимущественно диффузного характера. В 70 % случаев сопровождается сдавлением и деформацией желез. У всех крыс данной группы в различной мере выражен очаговый фиброз собственной и мышечной пластинок слизистой оболочки.
При сравнительном анализе установлено, что усиленное воздействие производственных факторов чаще вызывает следующие изменения в глубоких слоях слизистой оболочки желудка: диффузную лейко-лимфогистиоцитарную
инфильтрацию, в два раза чаще определяются дистрофические изменения главных клеток и в три раза чаще очаговые некрозы железистого эпителия.
При оценке тяжести поражения слизистой оболочки желудка выявлено, что вне зависимости от силы воздействия у крыс развивается среднетяжелое и тяжелое течение патологических реакций с тенденцией к росту тяжести течения процессов при усилении воздействия исследуемых факторов (табл. 2).
Корреляционный анализ позволил выявить ряд сильных прямых взаимосвязей. В желудке крыс группы № 1: между лимфогистиоцитарной
рис. 2. Морфологические изменения в желудке лабораторных крыс при усиленном воздействии производственных факторов на РЭ4. Примечание: то же самое, что и для рис. 1.
Таблица 2
Выраженность патоморфологических изменений в желудке крыс при комплексном воздействии производственных факторов открытой добычи угля
Группа Средняя степень выраженности токсического воздействия (баллы) Р % животных в группе с различной степенью токсического воздействия Р
Ме С25-С75 Легкое <10 баллов Среднее 11-30 баллов Тяжелое > 30 баллов
Группа № 1 (п = 10) 21,0 14,0-31,0 10,0 60,0 30,0 < 0,001
Группа № 2 (п = 10) 28,0 24,0-33,0 < 0,001 0 60,0 40,0
примечание: в группе контроля токсическое воздействие не выявлено, p определялась по методу с2.
инфильтрацией желудочных ямок и их глубиной (г = 0,69, p = 0,03), лимфогистиоцитарной инфильтрацией в поверхностных и в глубоких слоях слизистой оболочки желудка (г = 0,67, p = 0,04), высотой покровного эпителия и дистрофическими изменениями клеток желудочных желез (г = 0,66, p = 0,04). У крыс, содержавшихся на РЭ4, в желудке выявлены обратные взаимосвязи между лимфогистиоцитарной инфильтрацией поверхностных отделов слизистой оболочки и диаметром желудочных желез (г = 0,66, p = 0,04), между диаметром желудочных желез и их деформацией (г = 0,66, p = 0,04). Деформация желудочных желез и лимфогистиоцитарная инфильтрация на уровне желез связаны прямой корреляционной связью (г = 0,80, p = 0,005). Кроме того, сильные прямые взаимосвязи определяются между некрозом железистого эпителия и лейкоцитарной инфильтрацией глубоких слоев слизистой оболочки желудка (г = 0,66, p = 0,04), между дистрофическими изменениями и некрозом клеток желудочных желез (г = 0,66, p = 0,04), дистрофическими изменениями эпителия и деформацией желудочных желез (г = 0,81, p = 0,003).
Согласно выявленным патоморфологическим признакам и данным корреляционных взаимосвязей предложена схема патогенеза гастрита при комплексном воздействии производственных факторов (рис. 3). В желудке частота выявления очаговой атрофии сопряжена с дистрофическими изменениями покровного эпителия. Желудочные ямки становятся более глубокими (независимо от силы воздействия изучаемых факторов), в строме на уровне ямок формируются лимфогистиоцитарные инфильтраты (от очаговых до диффузных). Лим-фо-лейкоцитарная инфильтрация поверхностных слоев собственной пластинки слизистой оболочки желудка сопряжена с таковой в глубоких слоях. Наличие полиморфноклеточных инфильтратов отражается на морфологии желудочных желез и приводит к их деформации и увеличению среднего диаметра. Кроме того, данные морфологические признаки являются патогенетическими звеньями ряда процессов, формирующих порочный круг. Так, дистрофические изменения железистого эпителия приводят к деформации желудочных желез и некрозу эпителиоцитов, вследствие чего развивается ответная воспалительная клеточная реакция, обусловливающая деформацию желудочных желез.
Дистрофические изменения эпителия желудочных желез
Атрофия покровного эпителия
рис. 3. Схема патогенеза реактивного ііастрита лабораторных крыс при комплексном воздействии производственных факторов открытой добычи угля. примечание: жирными стрелками выделены патогенетические взаимосвязи, формирующие порочный круг.
заключение
Таким образом, воздействие средней нагрузки производственных факторов на РЭ7 вызывает в желудке лабораторных крыс развитие реактивного гастрита с дистрофическими изменениями, фокальными некрозами покровного эпителия и эпителия желез. Также у всех животных выявлена лимфогистиоцитарная инфильтрация поверхностных и глубоких слоев слизистой оболочки желудка. Патологические изменения в желудке соответствуют средней и тяжелой степени выраженности токсического воздействия (30 — 60 %). Усиленное воздействие производственных факторов на РЭ4 приводит к формированию более выраженного гастрита с атрофией, некрозом, де-сквамацией покровного эпителия слизистой оболочки желудка, дистрофическими изменениями, некрозом эпителия желудочных желез. Данные изменения сопровождаются полиморфно-клеточной инфильтрацией и фиброзом слизистой и мышечной пластинок желудка. Большинство выявленных патологических процессов идентичны в обеих экспериментальных группах, однако в зависимости от силы воздействия меняется частота встречаемости ряда морфологических признаков. Доказано, что желудок является одним из наиболее чувствительных органов, так выявленные патологические процессы соответствуют средней и тяжелой степени поражения. На нарушение гомеостаза в данном органе указывает большое количество корреляционных взаимосвязей [10, 11].
литература
1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфоме-трия. — 1990. — М.: Медицина. — 384 с.
2. Базелюк Л.Т., Салимбаева Б.М. Цитологический статус слизистой оболочки носа и буккального
эпителия щек у шахтеров-угольщиков // Гигиена и санитария. — 2006. — № 6. — С. 40 — 42.
3. Беляева И.Н. Цито- и гистологические критерии развития экологически обусловленной патологии // Гигиена и санитария. — 2006. — № 5. - С. 17-19.
4. Величковский Б.Т. Патогенез и классификация пневмокониозов // Медицина труда и промышленная экология. — 2003. — № 7. — С. 8-13.
5. Гаврилин К.В., Озерский А.Ю. Канско-Ачинский угольный бассейн. — М.: Недра, 1996. — 273 с.
6. Горелова О.М., Денисов М.В., Калмыков М.Ф. Изучение возможности использования жидкофазного продукта пиролиза бурого угля в качестве альтернативного органического сырья // Ползуновский вестник. — 2009. — № 3. — С. 98 — 101.
7. Истмаилова А.А. Информационные системы учета профессиональных заболеваний пылевой этиологии // Гигиена и санитария. — 2006. — № 2. — С. 37 — 40.
8. Куркатов С.В., Андреева С.Г. Токсико-гиги-еническая оценка отходов производства ведущих промышленных отраслей Красноярского края // Гигиена и санитария. — 2004. — № 4. — С. 22 — 24.
9. Олещенко А.М., Захаренков В.В., Панаиот-ти Е.А. и др. Комплексная оценка риска для здоровья работающих при открытой добыче угля от воздействия физических факторов // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. — 2006. — Т. 49, № 3. — С. 29 — 33.
10. Разжевайкин В.Н., Шпитонков М.И. Корреляционная адаптометрия. Модели и приложения к биомедицинским системам // Математическое моделирование. — 2008. — Т. 20, № 8. — С. 13 — 27.
11. Чикина Н.А., Антонова И.В. Математические модели адаптации к вредным условиям труда на основе метода корреляционной адапто-
метрии // Вестник национального технического университета «ХПИ». — 2008. — Т. 49, № 11. — С. 184 — 189.
12. Штернис Т.А., Гурьянова Н.О. Состояние здоровья трудящихся угольной промышленности // Фундаментальные исследования. — 2008. — № 2. — С. 60.
13. Gulumian M., Borm P.J., Vallyathan V. et al. Mechanistically identified suitable biomarkers of exposure, effect, and susceptibility for silicosis and coal-worker's pneumoconiosis: a comprehensive Review // J. Toxicol. Environ. Health B. Crit. Rev. — 2006. - Vol. 9, N 5. - P. 357-395.
Сведения об авторах
Шинкаренко Екатерина Алексеевна - клинический ординатор НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН (e-mail: Lora55555@yandex.ru)
Савченко Андрей Анатольевич - д.м.н., проф., заведующий лабораторией молекулярно-клеточной физиологии и патологии НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН, заведующий кафедрой физиологии ГОУ ВПО КрасГМУ (e-mail: aasavchenko@yandex.ru)
Зыкова Лариса Дмитриевна - д.м.н., проф., кафедры патологической анатомии им. проф. П.Г. Подзолкова (660022, г Красноярск, ул. Партизана Железняка, 1ж; тел.: 2201425; e-mail: patanatomia@krasgmu.ru.)
