CC BY
25
УДК 611.814.3+1/-018.82
И. В. ЛАБУТИН, А. А. СТАДНИКОВ, А. Н. КОЗЛОВА, Э. М. ВАХИТОВ
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕСПИРАТОРНЫХ ОТДЕЛОВ ЛЕГКОГО КРЫС В УСЛОВИЯХ ИНТРАТРАХЕАЛЬНОГО ИНФИЦИРОВАНИЯ
ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия», г. Оренбург I. V. LABUTIN, A. A. STADNIKOV, A. N. KOZLOVA, E. M. VAKHITOV
STRUCTURAL AND FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF RESPIRATORY PARTS OF A LUNG IN RATS IN CONDITIONS OF INTRATRACHEAL INFECTION CONTAMINATION
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:ЛЕГКОЕ, АЦИНУС, КЛЕБСИЕЛЛА, ИНФИЦИРОВАНИЕ, ПНЕВМОНИЯ.
РЕЗЮМЕ
При интратрахеальном инфицировании крыс бактериальными патогенами, обладающими различными персистентными свойствами по показателям антилизоцимной активности (АЛА), возникают ответные дифференцированные гисто- и органотипические реакции в респираторных отделах легких. Реактивность, пластичность и апоп-тоз альвеолоцитов и стромальных элементов респираторных отделов легких экспериментальных животных играют существенную роль в патогенезе пневмоний, заключающуюся в аутоселекции дегенеративно измененных клеток.
KEY WORDS: LUNG, ACINUS, KLEBSIELLA, INFECTION CONTAMINATION, PNEUMONIA.
SUMMARY
In case of intratracheal infection contamination of rats with bacterial pathogens possessing various persistent characteristics on antilysozyme activity (ALA) indexes differentiated hysto- and organotypic responses appear in respiratory parts of the lungs. Reactivity, plasticity and apoptosis of alveolocytes and stromal elements of respiratory parts of the lungs in experimental animals play essential role in pathogenesis of pneumonia that consists in auto selection of degenerative changed cells.
Лабутин Илья Васильевич - к. м. н., асс. кафедры фтизиатрии ОрГМА, тел. (3532) 32-76-45
Стадников Александр Абрамович - з. д. н. РФ, д. б. н., проф., зав. кафедрой гистологии, тел. (3532) 77-22-75
Козлова Алина Николаевна - к. м. н., доц. кафедры гистологии, тел. (3532) 77-22-75
Вахитов Эдуард Маратович - к. м. н., асс. кафедры экстремальной медицины, [email protected], тел. (3532) 77-99-25
Благодаря внутригеномным преобразованиям микроорганизмы приобрели способность к значительной изменчивости своих свойств, обеспечивающих противостояние защитным силам организмов млекопитающих, к числу которых относятся и генетически детерминированные свойства, и биологические особенности структурных (клеточных, тканевых) элементов эукариот, в том числе и механизмы репаратив-ных гистогенезов [1, 2]. Известно, что наличие антилизоцимной, антиинтерфероновой, антилактоферрино-вой активностей у микробных патогенов существенно затрудняет реализацию репаративных процессов в различных тканях [3, 4, 5]. Однако до сих пор малоизученными остаются вопросы взаимодействия микроорганизмов, обладающих соответствующим пер-систентным потенциалом, и тканевых элементов ацинусов легких, влияния прокариот на репаратив-ные процессы в респираторных отделах легких.
Целью настоящего исследования явилось проведение морфофункциональной оценки альвеолярных структур легких крыс в условиях интратрахе-ального введения штаммов Klebsiella pneumoniae, обладающих антилизоцимной активностью (АЛА+) и без таковой (АЛА-).
Эксперименты проведены на 44 белых беспородных лабораторных крысах-самцах массой 210-250 г. Интратрахеальное введение штаммов Kl. pneumoniae, обладающих антилизоцимной активностью (АЛА+), проводилось 16 животным. Под эфирным рауш-наркозом животным после удаления шерсти с соблюдением правил асептики и антисептики делали разрез кожи на шее, тупо раздвигали фасции и мышцы, выделяли трахею. Затем с помощью ин-сулинового шприца интратрахеально вводили 200 млн микробных тел штаммов Kl. pneumoniae, содержащихся в 0,2 мл изотонического раствора хлорида натрия, с последующим наложением шва на рану. Вывод их из эксперимента проводился на 1, 3, 7, 21 сутки (по 4 особи). 16 животным было проведено ин-тратрахеальное введение штаммов Kl. pneumoniae,
оренбургский медицинский вестник, том I, № 1
не обладающих АЛА. Животные выводились из эксперимента по 4 особи на 1, 3, 7, 21 сутки. Для контроля использованы 12 интактных животных (по 3 на каждой стадии серии). В соответствии с поставленными задачами настоящей работы объектами исследования служили тканевые элементы легких. При выполнении исследования соблюдались правила биоэтики, утвержденные приказом МЗ СССР № 755 от 12.08.1977 г., а также принципы гуманности, изложенные в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) и хельсинской декларации по защите позвоночных животных, используемых для лабораторных или иных целей.
При изучении альвеолярных структур легких инфицированных крыс на светооптическом уровне у животных на ранних стадиях эксперимента (1-3 сут.) наблюдались явления прогрессирующей инфильтрации легочных ацинусов нейтрофила-ми, лимфоцитами, эозинофилами, плазматическими клетками, на фоне выраженного интерстициального отека. Были выявлены признаки разрушения и фрагментации межальвеолярных перегородок. Данные структурно-функциональные изменения начинались с повреждения эндотелиоцитов гемокапилля-ров стенок альвеол. Повышение сосудистой проницаемости приводило к выраженной экссудации и набуханию межуточного (основного) вещества стенок альвеол. Следует отметить, что экстравазация плазмы и форменных элементов крови в просвет альвеол до 3-х суток эксперимента (инфицирование АЛА-) удерживается альвеолоцитами I типа, сохраняющими свои межклеточные контакты. При инфицировании же персистентным штаммом бактерий (АЛА+) данный эффект не наблюдался. При этом отмечались явления выраженной дистрофии и некробиоза аль-веолоцитов, что и усугубляло развитие экссудатив-ной пневмонии (рис.).
В данных условиях просветы альвеол резко суживаются (вследствие отечного утолщения их стенки). Развиваются явления дистелектаза, обусловленного повреждением сурфактанта. Одновременно регистрируется спазм бронхиол, в просвете которых идентифицируются бактериальные агенты.
В респираторных альвеолах (при инфицировании персистентным штаммом бактерий АЛА+) определяются скопление эозинофилов, фибрина, макрофагов и слоистых компонентов дезорганизованного сурфактанта.
В очагах воспаления отмечался незавершенный фагоцитоз со скоплением полиморфноядерных лейкоцитов (ПяЛ) и выпотом фибрина. В центральных зонах подобных очагов выявляются некротически измененные альвеолоциты, окруженные фибри-
нозным или серозным экссудатом. О незавершенности фагоцитоза бактерий, обладающих АЛА+, свидетельствует также обнаружение внутриклеточ-но локализованных патогенов. Ультраструктурный анализ показал, что такого рода микроорганизмы сохраняли электронно-плотный нуклеоид. Вместе с тем клеточная оболочка приобретала узуриро-ванные контуры, что могло быть связано с литиче-ским разрушением структур клеточной оболочки. Подобного «укрытия» микробов в цитоплазме макрофагов не было нами зарегистрировано в случае контаминации бактериями без АЛА.
При введении бактериального патогена с высокими персистентными свойствами через 7 суток эксперимента развивались морфологические признаки, характерные для интерстициальной пневмонии. Они сопровождались разрушением сурфактантной системы и развитием выраженного отека альвеоло-цитов, стромы ацинусов. Их стенки инфильтрированы лимфоцитами, макрофагами, плазматическими клетками.
Рис. Легочная альвеола крысы в условиях инфицирования Kl. рneumoniae АЛА+. Стадия: 3 сут.
Полутонкий срез. Окраска: по Sato et Shamoto. Стрелками показаны деструктивно измененные альвеолоциты. Ув. об. 40, ок. 10.
Некроз альвеолоцитов I типа наиболее выражен в сочетании с фибринозным выпотом в полость альвеол. В этих же зонах легкого отмечены явления ва-скулита с тромбозом сосудов микроциркуляторного русла, развитием геморрагических инфарктов. В более поздние сроки (14 сут., 21 сут.) отмечается разрастание соединительной ткани в области аэрогематиче-ского барьера, что приводит к очаговому склерозу в участках воспаления либо ателектазов.
Развитие мелкоочаговой пневмонии характеризуется формированием зон альтерации, связанных с терминальными бронхиолами, которые заполнены фибрином и дегенерирующими лейкоцитами. По периферии таких зон располагаются детрит-ные массы с микроорганизмами, где нередко возникали пневмониогенные микроабсцессы. Их развитию всегда предшествовали некробиотические изменения структур респираторных отделов легких. В ряде случаев такие очаги имели тенденцию к слиянию, а их содержимое выделялось в близкорасположенные бронхиолы (дренажная структура ацину-са при этом существенно нарушалась).
Также установлено, что при прямом контакте с Klebsiella pneumonia АЛА+ клеточные элементы легочных ацинусов имели признаки ультраструктурных и иммуноцитохимических изменений (в цитоплазме возрастало число лизо-сом и аутофагосом, эндоплазматический ретику-лум резко расширялся, увеличивался объем ядер с деконденсированным хроматином, возрастали размеры перинуклеарных пространств и поровых комплексов, достоверно повышалось количество клеток с признаками апоптоза по показателям экспрессии синтеза протеина р-53. Число клеток с апоптозной доминантой было значительно большим в случае инфицирования бактериями с АЛА+, нежели при ин-тратрахеальном введении микробов, не обладающих таковой активностью. Данная закономерность прослеживалась нами и по показателям деградации ДНК, установленной TUNEL-методом (табл.).
Подводя итог обсуждению полученных результатов, мы формулируем нижеследующее представление о характере реактивности и пластичности клеточных и тканевых структур респираторных отделов легких взрослых млекопитающих, о диапазоне их ги-сто- и органотипических возможностей, проявившихся в условиях проведенных нами экспериментов. Диапазон реактивных свойств альвеолоцитов зависит не только от функциональных особенностей и фило-эмбриогенетических закономерностей, но и, с другой стороны, от коррелятивных связей с ин-терстициальными клеточными элементами органа, подчиненных, в свою очередь, общим инте-
грирующим факторам организма. При интратра-хеальном инфицировании крыс бактериальными патогенами, обладающими различными перси-стентными свойствами по показателям АЛА, возникают ответные дифференцированные гисто-и органотипические реакции как в респираторных отделах легких, так и в гипоталамо-гипофизарной нейроэндокринной системе.
При инфицировании экспериментальных животных штаммами Kl. рneumoniae АЛА- в ацину-сах легких возникают обратимые изменения с морфологической картиной пневмонии по типу «серого опеченения», тогда как при интервенции штамма Kl. рneumoniae АЛА+ в ацинусах легких возникают морфологические признаки пневмонии по типу «красного опеченения». Реактивность, пластичность и апоптоз клеточных элементов респираторных отделов легких экспериментальных животных играют существенную роль в патогенезе пневмоний, заключающуюся в аутоселекции дегенеративно измененных клеток.
Таблица
Уровень деградации ДНК (Apoptag позитивные стромальные элементы ацинусов легких крыс: интактные (А), инфицированные Kl. Pneumoniae АЛА- (Б) и Kl. Pneumoniae АЛА+ (В) через 7 сут.
эксперимента (%))
А n=3 Б n=5 В n=5
Стромальные клетки ацинусов 0,4+0,01 3,7+0,02 5,5+0,01*
Примечание. * - p< 0,05.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Стадников, А. А. Роль гипоталамических нейропептидов во взаимодействиях про- и эукариот. Структурно-функциональные аспекты / А. А. Стадников. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 244 с.
2. Сеньчукова, М. А. О роли бактерий в этиологии и патогенезе злокачественных новообразований / М. А. Сеньчукова, А. А. Стадников // Сибирский онкологический журнал. - 2009. - № 2. - С. 79-85.
3. Бухарин, О. В. Бактерионосительство / О. В. Бухарин, Б. Я. Усвяцов. - Екатеринбург: УрО РАН, 1996. - 208 с.
4. Бухарин, О. В. Персистенция патогенных бактерий / О. В. Бухарин. - М.: Медицина, 1999. - 367с.
5. Козлова, А. Н. Изменение эпителия воздухоносных путей у крыс, инфицированных на фоне длительного эмоционально-болевого стресса, и влияние на них окситоцина // Морфология. - 2008. - Т. 134. -№ 5. - С. 33 - 36.
