Оценка дыхательной системы экспериментальных животных при хроническом воздействии гексана 

Одним из наиболее распространенных токсикантов является гексан и его производные. Гексан, эндогенный углеводород, содержится в выдыхаемом воздухе. При ингаляционном поступлении гек-сана у человека степень задержки при дыхании составляет 15-25 % [1]. Из организма гексан выво­дится легкими и почками. Легкими человека удаляется 50-60 % от поступившего количества [2]. Считается, что нейротоксическое действие гексан оказывает за счет его превращения в организме в нейротоксин 2,5-гександиол [3].

В условиях возрастания техногенного загрязнения окружающей среды алифатическими углеводородами, низкой производственной и бытовой культуры случаи профессиональной и экологически обусловленной интоксикации гексаном можно рассматривать как самостоятельное антропогенное явление с высоким риском ущерба здоровья работающих и населения. Недостаточ­ность информации о токсическом воздействии гексана, относительно невысокая эффективность су­ществующих методов реабилитации определяют необходимость изучения механизмов развития па­тологических процессов в ткани легких как на ранних стадиях токсического повреждения, так и в те­чение относительно длительного периода. Поражение легких при длительном воздействии токсикан­тов с выраженными нарушениями кровообращения является благоприятной почвой для развития па­тологических состояний. Известно, что длительное нарушение микроциркуляции в легких ведет к застою, уменьшению общей массы циркулирующей крови и к гипоксии [4]. По острой токсичности гексан значительно превосходит низшие члены этого ряда. При воздействии больших концентраций гексана на животных наблюдаются наркоз, кома, остановка дыхания. Концентрация 627000 мг/м3 уже при 3-минутной экспозиции вызывает гибель 50 % крыс [5]. В смывах из легких крыс, подвергавшихся ингаляции гексана на протяжении 4 недель по 6 часов в день (5 дней в неделю) в концентрациях 1700-5900 мг/м3, возрастает содержание липидов, повышается активность кислой (КФ) и щелочной фосфатазы (ЩФ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), глюкозы-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ), что сви­детельствует о повреждении альвеол. При еще более высоких концентрациях (10500 мг/м3 в течение 8 дней по 8 часов в день) развивается жировая дегенерация эпителиальных клеток, она отделяется от базальной мембраны и т.п. [6, 7], также в легких у кроликов обнаруживаются эмфизема, рассеянные микрокровоизлияния, очаги ателектазов, внутриальвеолярного и интерстициального отека [8].

С учетом изложенного выше целью данной работы явилось изучение воздухоносных путей и респираторного отдела легких крыс при хроническом воздействии гексана.

Материалы и методы

Была проведена хроническая затравка гексаном в дозе 300 мг/м3 (ПДКв.р.з.) в течение 16-17 не­дель (4 месяца), по 4 часа ежедневно 5 дней в неделю. Затравка проводилась в стандартных 200-литровых камерах Курляндского на половозрелых белых крысах-самцах массой 170-210 гр. Живот­ные были разделены на 2 группы: 1 группа — интактные крысы; животные 2-й группы подвергались статическому ингаляционному воздействию гексана. В течение эксперимента проводили наблюдения за динамикой изменения веса тела.

По окончании срока эксперимента крыс забивали мгновенной декапитацией. Извлекали бронхи и легкие для определения морфологических показателей. Материал фиксировали при t+50С в раство­ре 10 %-ного формалина в течение 10-14 сут и обезвоживали. Затем удаляли обезвоживающую жид­кость и пропитывали специальной средой (парафином). После этапов пропитки и заливки материала изготавливали тканевые срезы. При этом блок располагали относительно микротомного ножа таким образом, чтобы в плоскости определялись просвет бронхов и их стенка послойно. Препараты окра­шивали гематоксилином и эозином.

Для идентификации крупных, средних и мелких бронхов использовали морфологические крите­рии классификации Э.Р.Вейбеля [9], согласно которой бронхи 1-5 порядка считаются крупными, 6-10 — средними, 11-15 порядка — мелкими. Морфометрическим методом точечного счета Г. Г. Автандилова [10] и с помощью окулярной стереометрической сетки из 100 точек проводили под­счет числа клеточных элементов реснитчатых, бокаловидных клеток в стенке бронхов различных ге­нераций в 5 полях зрения при увеличении х90, определяли площадь данных объектов. Окулярным микрометром измеряли ширину эпителиального пласта.

Статистическая обработка анализируемого материала проводилась на персональном компьютере Pentium IV с использованием пакета прикладных программ Excel. Проводился вариационный анализ; коэффициент достоверности (P) оценивали по таблице значений критерий (t) по Стьюденту.

Результаты и их обсуждение

У животных 2-й группы морфометрическое и стереометрическое исследования слизистой обо­лочки бронхов различных генераций, отражающих количественно-качественный состав клеточных элементов эпителиальной выстилки воздухоносных путей и респираторного отдела легких при инга­ляционном воздействии гексана в условиях хронического эксперимента, показали результаты, пред­ставленные в таблице 1.

Морфометрическая характеристика слизистой оболочки бронхов крыс в хроническом эксперименте (%)

Как видно из таблицы, количество реснитчатых клеток крупного бронха у животных 2-й группы достоверно снижалось на 70 %, среднего — до 81 % и мелкого — до 52 % по сравнению с показате­лями животных контрольной группы. Выявлялась тенденция к увеличению количества бокаловидных клеток. Так, количество бокаловидных клеток крупного бронха у крыс опытной группы возрастало в 1,2 раза, среднего дистального отдела — в 1,3 раза по сравнению с фоновыми значениями, тогда как количество бокаловидных клеток бронхов мелкой генерации достоверно значимо снижалось на 80 % по сравнению с показателями животных контрольной группы.

Стереометрические показатели при измерении ширины эпителиального покрова слизистой обо­лочки бронхов у животных 2-й группы имели аналогичную картину (рис. 1).

Стереометрическая характеристика высоты покровного эпителия бронхов различных генераций крыс (мкм) 

Рис. 1. Стереометрическая характеристика высоты покровного эпителия бронхов различных гене­раций крыс (мкм)

Так, высота покровного эпителия крупных бронхов была без значимых изменений, средних — снижалась на 88 %, мелких — достоверно снижалась на 80 % по сравнению с контрольной группой.

Следовательно, по показаниям морфометрического и стереометрического анализа (табл. 1, рис. 1) у животных 2-й группы достоверное снижение количества клеток мерцательного эпителия происходило, по-видимому, за счет их десквамации. В мелких и средних бронхах эпителий сохранял­ся в виде островков. Отмечалась гиперплазия бокаловидных клеток, нарастали дистрофические изме­нения в клетках мерцательного эпителия.


При гистологических исследованиях препаратов ткани легких крыс 2-й группы в сроки 4 месяца в воздухоносных путях морфологические признаки поверхностного катарального бронхита и брон-хиолита, как показали предыдущие исследования в сроки 2 месяца [11], сменялись катарально-десквамативным, с явными атрофическими изменениями в слизистой оболочке бронхов всех генера­ций (рис. 2).

Лимфоцитарная инфильтрация стенки мелкого бронха с атрофическими изменениями по- кровного эпителия. Увеличение: объектив 10, окуляр 40; окраска: гематоксилин с эозином

В собственной пластинке на фоне полнокровия и отека усиливалась воспалительная клеточная инфильтрация, которая захватывала иногда все слои стенки бронхов, усиливались признаки коллаге-ногенеза (рис. 3). Наблюдалась гиперплазия секреторных желез подслизистого слоя. Снижалась вы­сота эпителиального пласта. Клетки мерцательного эпителия уплощались.

Возможно, полученные морфологические данные говорят о начальных атрофических измене­ниях в слизистой оболочке бронхов животных опытной группы.

Воспалительно-клеточная инфильтрация, отек, полнокровие сосудов в стенке бронха. Раз- растание коллагенных волокон в стенке бронха и крупного кровеносного сосуда. Увеличение: объектив 10, окуляр 40; окраска: гематоксилин с эозином

Проведенное морфометрическое исследование респираторного отдела легких показало даль­нейшее усиление расстройства гемодинамики легких (табл. 2). Как видно из таблицы, наблюдалось существенное снижение объемной доли капиллярного русла в легочной ткани у животных 2-й груп­пы — на 86 %, отмечалась незначительная тенденция к снижению объемной доли альвеолярного эпи­телия — на 69 % по сравнению с контрольной группой.

Морфометрические показатели респираторного отдела легких крыс при воздействии гексана (М±m)

Также наблюдалось нарастание количества клеток в интерстиции альвеолярной перегородки в 1,3 раза, а объемная доля соединительной ткани достоверно возрастала в 21 раз по сравнению с фо­новыми значениями.

Стереометрические показатели при измерении диаметра капилляров легких у животных 2-й группы имели тенденцию к сужению (рис. 4). Так, диаметр капилляров легких крыс достоверно су­жался на 81 % по сравнению с контрольной группой.

Существенное снижение объемной доли капиллярного русла в легочной ткани, видимо, проис­ходит за счет уменьшения диаметра. Образованию склеротических изменений в их стенках, а также их сдавливанию препятствуют нарастания количества клеток воспалительного инфильтрата в интер-стиции альвеолярных перегородок. Нарастающие дистрофические изменения в эндотелиоцитах и, как следствие, усиление альтеративных изменений в альвеолярной выстилке (рис. 5) свидетельствуют о токсическом действии гексана.

Диаметр капилляров легких крыс при ингаляционном воздействии гексана (мкм) Склерозирование и воспалительно-клеточная инфильтрация стенки кровеносного сосуда с деформацией и выраженным сужением просвета. Эозинофильный экссудат и десквамированный альвеолярный эпителий в просвете альвеол. Увеличение: объектив 10, окуляр 40; окраска: гема- токсилин с эозином

Таким образом, у животных 2-й группы в хроническом эксперименте (4 месяца) усиливалась десквамация альвеолоцитов (рис. 6).

Атрофические изменения альвеолярного эпителия и склерозирование интерстициальной ткани альвеолярных перегородок. Увеличение: объектив 10, окуляр 40; окраска: гематоксилин с эозином

В полости отдельных альвеол появлялся белковой эозинофильный экссудат, иногда содержащий примесь эритроцитов, что формировало морфологическую картину токсического альвеолита. Вместе с этим усиливается пролиферация септальных фибробластов, моноцитов, альвеолярных макрофагов и, как показал морфометрический анализ, нарастает количественный показатель объемной доли со­единительной ткани в интерстиции легких.

Выводы

  1. В воздухоносных путях животных опытной группы выявлены атрофические изменения в сли­зистой оболочке бронхов всех генераций.
  2. В респираторном отделе легких отмечались склеротические изменения в их стенке, воспали­тельная инфильтрация в альвеолярных перегородках, дистрофические изменения в эндотелиоцитах и, как следствие, усиление альтернативных изменений в альвеолярной выстилке.
  3. Все указанное выше формирует морфологическую картину токсического альвеолита, что под­тверждает выраженное токсическое воздействие гексана. 

 

Список литературы

  1. Mutti A. et al. // J. Intern. cArh. Occup. Environ. Health. — 1982. — 51. — № 1. — P. 45-54; Brit. J. Ind. Med. — 1984. — Vol. 41. — № 4. — P. 533-538.
  2. Baker T.S., RickartD.E. // Toxicol. a. Appl. Pharmaco — 1981. — Vol. 61. — № 3. — P. 414-422.
  3. Iwasaki K., Tsuruta H. // Ind. Health. — 1984. — 22. — № 3. — P. 177-187.
  4. Карнаух Н.Г., Филипченко Л.Л., Ковальчук Т.А. и др. Морфологические изменения при перегревании (эксперименталь­ные исследования) // Медицина труда и промышленная экология. — 2004. — № 5. — С. 17-20.
  5. Jorgenson H., Cohr W. // Scand. J. Work, Environ. and Health. — 1981. — 7. — N 3. — P. 129-168.
  6. Вуазен С., Тоннель А.Б., Лафит Ж.Ж. Диагностическая ценность вариантов клеточных популяций нижних воздухонос­ных пространств, полученных при бронхоальвеолярном лаваже // Содержимое бронхов при хроническом бронхите. — М., 1981. — С. 82-85.
  7. Бекеева С.А. Характер изменения мембранного метаболизма клеток — мишени при воздействии гексана // Вестн. ЕНУ. Сер. Биология. — Астана, 2009. — № 6 (67). — С. 76-79; Тихонова Г.Т. О токсичности, биотрансформации и характере биологического действия гексана (обзор лит-ры). — Женская гигиена труда. — 1984. — № 3. — С. 38-40.
  8. Lungarella G. et. аі.// Res. Commun. C Pathol. A. Pharmacol. — 1980. — Vol. 29. — № 1. — P. 129-139.
  9. Вейбель Э.Р. Морфометрия легких человека. — М.: Медицина, 1970. — 176 с. 
  10. Автандилов Г.Г., Неврозов В.Н., Неврозова О.Ф. Системный стереометрический анализ ультраструктур клетки. — Ки­шинев: Штиинца, 1984. — 186 с.
  11. Бекеева С.А. Воздействие гексана на состояние воздухоносных путей и респираторного отдела легких крыс в подостром эксперименте // Вестник науки КАТУ. — № 2 (53). — Астана, 2009. — С. 285-291.
Год: 2010
Город: Караганда
Категория: Биология
loading...