Изменения функционального состояния клеточных структур крыс при действии пыли города Темиртау

В статье даны результаты исследования клеток бронхоальвеолярной жидкости, щитовидной железы, почки, надпочечников крыс самцов и самок. Проводилось внутрибрюшинная затравка пылью города Темиртау в дозе 50 мг/мл при сроках 5, 12, 20 и 30 суток. Полученные биоматериалы эксперименталь­ных животных изучались цитоморфологическим методом. Установлено, что исследуемая пыль влияет цитотоксически на организм крыс обоего пола. Использованные цитоморфологические тесты являют­ся высокочувствительными для выявления цитотоксичности разных химических загрязнителей при ранних предпатологических проявлениях их биологического действия. Полученные результаты при­ведены в таблицах и в виде вывода.

На сегодняшний день г. Темиртау остается промышленным городом, в котором основные за­грязнители-предприятия расположены в черте города. Установлено, что предприятия черной метал­лургии выбрасывают в атмосферу металлосодержащие пыли, окиси углерода и неутилизируемые промышленностью окислы серы. Кроме того, технологический цикл подразумевает выбросы в атмо­сферу целого спектра токсичных для человеческого организма веществ, включая бенз(а)пирен, фто­риды, соединения марганца, ванадия и хрома. Подобное загрязнение воздуха крайне негативно ска­зывается на здоровье населения, проживающего в непосредственной близости от металлургических предприятий, многие из которых имеют статус градообразующих [1, 2].

По данным моделирования в город с населением 1 млн. человек ежесуточно поступает 732 тыс. т вещества (вода, пища, топливо). Из них 1 тыс. т. — газообразные и пылевые загрязняющие вещества (твердых частиц в среднем около 150 т). Плотность выброса пыли с 1 км² площади такого города со­ставляет 500 т/год, причем максимум поступления в атмосферу загрязняющих веществ отмечается в зимние месяцы, когда на полную мощность работают ТЭЦ и котельные [3].

Целью нашей работы явилось изучение влияния пыли г. Темиртау на организм животных в условиях эксперимента.

Материалы и методы исследования

Экспериментальные исследования проведены на беспородных крысах (самцах и самках) массой 200-230 г. Всего использовалось 48 животных, содержащихся в виварии при естественном световом режиме на стандартной диете со свободным доступом к воде. Доза внутрибрюшинного введения пы­ли составила 50 мг/мл в сроки 5, 12, 20 и 30 суток.

Превышение ПДК содержания в пыли органических веществ г. Темиртау (теплый период) со­ставило: по минеральным маслам — в 1,10 раза, по саже — в 8 раз, по ксилолу — в 1,5 раза, фор­мальдегиду — в 7 раз, фенолу — в 1,5 раза, бенз(а)пирену — в 4 раза. Содержание в пыли металлов превышало ПДК по железу в 1,5 раза, ИЗА — в 31, что соответствует высокому уровню загрязнения атмосферного воздуха.

В холодный период содержание органических веществ представило ПДК по саже в 7 раз, бенз(а)пирену — в 3,4 раза. По содержанию пыли металлов ПДК превышало по свинцу в 3,2 раза, что свидетельствует о необходимости расчета риска здоровью населения. Также превышение отмечено по железу — в 1,5 раза, по марганцу — в 1,2 раза и по кадмию — в 1,1 раза соответственно. ИЗА со­ставило 22, что соответствует высокому уровню загрязнения атмосферного воздуха.

По истечении сроков эксперимента животным под слабым эфирным наркозом вскрывали мыш­цы передней поверхности шеи, выделяли трахею, вводили в ее просвет стальную иглу, которую фик­сировали лигатурой. Через иглу в легкие вводили дробно 5 мл физиологического раствора и тут же отсасывали перфузат. Такая методика позволила получить бронхиальные смывы, не содержащие примеси крови. Центрифугирование проводили в течение 10 минут при 2000 оборотов в минуту, на-досадочную жидкость выливали, а из осадка делали мазки. С щитовидной железы, почек и надпочеч­ников делали мазки-отпечатки, которые высушивали при комнатной температуре. Мазки окрашивали по Романовскому-Гимза. При микроскопировании подсчитывали 200 клеток с каждого мазка. Оценку значимости результатов проводили по критерию Стьюдента, при постоянном уровне значимости (р > 0,05). Количество анализов 576.

Результаты исследований

При 5-суточном внутрибрюшинном введении пыли г. Темиртау у самок крыс обнаружено по­вышение количества альвеолярных макрофагов (АМ) на 78 % и количества дегенерированных альве­олярных макрофагов (ДАМ) в 2,2 раза, количество цилиндрических эпителиальных клеток повышено в 7,7 раза по сравнению с контрольной группой с самками. При 12-суточной затравке у самок обна­ружено снижение количества АМ на 94 % и повышение количества ДАМ в 3,2 раза (табл. 1).

При 20-суточной затравке наблюдалось повышение количества НЛ в 2 раза, снижение количест­ва нормальных цилиндрических эпителиальных клеток — в 11,4 раза. Количество ДАМ и дегенери-рованных цилиндрических эпителиальных клеток было повышено в 4 раза и на 50 % соответственно, по сравнению с контрольной группой с самцами. При 30-суточной затравке у самцов обнаружено снижение количества АМ в 2,1 раза, повышение количества ДАМ и цилиндрических эпителиальных клеток в 2,8 раза и 46,6 раза (табл. 1).

При исследовании клеток щитовидной железы в сроки 5 суток отмечено снижение количества гранулированных А-клеток в 2,2 раза, В-клеток — в 2,3 раза и повышение количества дегранули-рованных В-клеток в 3,8 раза. Количество С-клеток, как гранулированных, так и дегранулированных, было повышено в 2,9 и 9,1 раза соответственно, по сравнению с контрольной группой самок. В сроки 12 суток наблюдается повышение количества дегранулированных А-клеток и В-клеток в 3,4 и 4,4 раза соответственно, количество гранулированных В-клеток и С-клеток было снижено в 2,6 раза и в 2,2 раза. При 20-суточной затравке наблюдается повышение количества дегранулированных А-кле-ток и В-клеток в 2,1 раза и 2,6 раза по сравнению с контрольной группой самцов. В сроки 1 месяц у самцов наблюдается повышение количества гранулированных А-клеток на 68 % и В-клеток в 2,4 раза и снижение количества гранулированных С-клеток в 8,8 раза по сравнению с контрольной группой с самцами (табл. 2).

Со стороны почек в сроки 5 суток у самок наблюдается снижение количества больших светлых канальцевых клеток (БСКК) на 90 %, повышение дегенерированных больших канальцевых клеток (ДБКК) в 2,3 раза, дегенерированных малых канальцевых клеток (ДМКК) в 3,5 раза и повышение ко­личества фибробластов в 2 раза. В сроки 12 суток отмечено снижение количества БСКК в 2 раза, МКК на 56 %, повышение количества ДБКК и ДМКК в 3,3 раза и 11,6 раза и ДНЛ в 40 раз, снижение МКК в 3,7 раза (почти у всех животных наблюдались вакуольная и белковая дистрофия). Количество фибробластов повысилось в 24,2 раза по сравнению с контрольной группой с самцов. В сроки 1 месяц у самцов отмечено снижение количества МКК на 92 % и повышение количества ДМКК в 8,8 раза, количество фибробластов повышено в 25,6 раза (табл. 3).

Со стороны клеток надпочечников первые изменения нами обнаружены в сроки 12 суток в хромаффиновых клетках, где отмечено снижение количества гранулированных светлых клеток пер­вого типа на 60 % и повышение количества клеток дегранулированных этого же типа в 2,1 раза, так­же отмечено повышение количества темных клеток второго типа в 6 раз по сравнению с контрольной группой с самками. В сроки 20 суток отмечено у самцов повышение количества дегранулированных светлых клеток первого типа в 2,2 раза и снижение количества гранулированных темных клеток второго типа в 2,3 раза (табл. 4).

Таким образом, результаты экспериментальных исследований выявили, что при действии пыли города Темиртау в сроки 5, 12, 20, 30 дней в дозе 50 мг/мл наблюдается цитотоксический эффект на организм крыс обоего пола, о чем свидетельствует резкое возрастание ДАМ и снижение количест­ва нормальных АМ, повышение количества дегенерированных цилиндрических эпителиальных кле­ток, повышение количества микрофлоры у самок в сроки 5 суток. Деструктивные процессы в клетках проявились в гомогенизации цитоплазмы, пикнозом ядра.

Железы внутренней секреции принимают активное участие в промежуточных звеньях обмена веществ и им принадлежит огромная роль в приспособительных и защитных реакциях организма к меняющимся условиям внешней среды. Возникновение патологических процессов (в частности, в клетках щитовидной железы) экзогенного химического фактора связано с изменением прони­цаемости клеточных и субклеточных мембран. Цитоморфологический анализ полученных данных обнаружил у животных обоего пола в клетках щитовидной железы: наблюдается интенсивное фибро-зирование и склерозирование — в В и С-клетках у самок, а у самцов — в А и В-клетках.

Со стороны почек обнаружены нарушения секреторной функции почечных канальцев, о чём свидетельствуют деструктивные изменения в БСКК и МКК, в частности, снижены их жизнеспособ­ности, чаще цитоплазма отсутствовала, ядро теряло обычную структуру, контуры расплывчаты, что приводило к цитолизу. Резкое снижение резистентности БСКК и МКК свидетельствует о патогенном действии пыли, под влиянием которой происходит усиленный распад БСКК и МКК у самцов и самок. На 20-е сутки у всех крыс отмечалась вакуольная дистрофия и у небольшого количества — белковая дистрофия. В клетках надпочечников наблюдалось повышение количества дегранулированных хро-мафинных клеток первого типа и темных клеток второго типа, особенно на 12-е сутки у самок. У самцов на 20-е сутки количество дегранулированных светлых клеток первого типа тоже было повы­шено, гранулированных темных клеток второго типа было снижено в 2,3 раза.

Выводы

1. При внутрибрюшинном введении пыли г. Темиртау животным в дозе 50 мг/мл в сроки 5, 12, 20 и 30 суток обнаружены у особей функциональные изменения в бронхоальвеолярных смывах, где, по-видимому, наблюдается нарушение аэробного процесса, который был выявлен в альвеолярных макрофагах и в нейтрофилах, что привело к снижению жизнеспособности клеток.
2. Со стороны щитовидной железы во всех сроках эксперимента наблюдалось повышение коли­чества дегранулированных А, В, С-клеток у особей обоего пола. В основном встречались клетки ва-куолизированные, с пикнозом и рексисом ядер, что свидетельствует о цитотоксичности пыли.
3. Со стороны почек во все сроки наблюдалось резкое повышение дегенеративных больших и малых канальцевых клеток как у самцов, так и у самок, что приводило к нарушению клубочковой фильтрации. В надпочечниках у самок и самцов на 12-е и 20-е сутки отмечено повышение в среднем в 2,1 раза количества дегранулированных хромаффинных светлых клеток первого типа и дегранули-рованных темных клеток второго типа по сравнению с контрольной группой животных.
4. Использованные цитоморфологические тесты являются высокочувствительными по оценке мазков БАЛ, щитовидной железы, почек и надпочечников и могут быть рекомендованы в практику гигиенических исследований для выявления ранних цитотоксических изменений в организме экспе­риментальных животных при воздействии различных видов пыли. 

References

• ОітккоуаV., Radilov A.S., Dulov S.A. Features of manifestation of toxicity of nanoparticles // Hygiene and sanitary. — 2011. — № 2. — P. 81-86.
• Grigoriev Yu.I., Ershov A.V., Silin I.I. Quality of the air environment and incidence of children // Hygiene and s — 2000. — № 4. — P. 28-31.
• Klimenko A.P. Methods and devices for measurement of concentration of a dust. — Moscow: Chemistry, — 208 p.