Введение к работе
Актуальность темы
Заболеваемость злокачественными новообразованиями и смертность от них имеет устойчивый рост в последние годы (Давыдов М.И. и др., 2011). Среди возможных причин повышения заболеваемости рассматриваются общее старение населения, ухудшение экологии, увеличение воздействия канцерогенов, возрастающий процент иммунодефицитов.
Иммунный гомеостаз - необходимая составляющая жизнедеятельности. Обменные процессы организма находятся под надзором иммунной системы, которая, в свою очередь, подчиняется нейрогуморальной регуляции при участии эндокринной системы (Barnard A et al., 2008). В задачи иммунной системы входит не только распознавание чужеродного антигенного материала и борьба с ним, но и надзор за собственными клетками с целью предотвращения приобретения ими новых свойств.
Каждая клетка организма выполняет определенные функции в пределах органа или системы. Однако, при некоторых условиях она может эти функции утратить и приобрести новые, несвойственные для себя характеристики. Как правило, это происходит вследствие генетической мутации, которая, в свою очередь, может быть обратимой или нет. Обратимые изменения генома, чаще всего, распознаются клетками иммунной системы еще до того, как клетка приобрела несвойственные для себя функции. Обратимая мутация в геноме клетки подвергается репарации через удаление измененного фрагмента ДНК с последующей репликацией. Если это невозможно – запускается многоступенчатый механизм запрограммированной гибели через апоптоз (Барышников А.Ю., Шишкин Ю.В., 2002). В случае если и этот механизм оказывается неэффективным, измененная клетка подвергается лизису и фагоцитозу. Иммунокомпетентные клетки присутствуют в этой схеме на каждом этапе. Они отвечают за распознавание мутантов, инициацию «лечения» или апоптоза и, в конечном итоге, - за их элиминацию. Звенья иммунной системы работают в совокупности через сложные механизмы межклеточных взаимодействий и выпадение одного из них может приводить к дисфункции всей иммунной системы.
Одной из естественных причин угнетения защитных сил организма считают старение. С возрастом происходит уменьшение соотношения лимфоидной ткани, снижение реактивности иммунокомпетентных клеток, а также инволюция органов иммуногенеза. Процесс возрастной инволюции ранее других начинается и наиболее выражено протекает в вилочковой железе. Снижение защитных сил с возрастом считается одной из причин частого развития опухолей у стариков. Помимо естественного старения организма существует значительное количество причин, вызывающих острую инволюцию тимуса и другие вторичные иммунодефициты, одной из которых является удаление селезенки.
Спленэктомия – операция, применяемая при ряде патологических состояний (Пугачев А.Г. и др., 1983; Кущ Н.Л. и др., 1988; Benoist S., 2000; Eber S.W. et al., 2001). Однако чаще спленэктомию выполняют с целью профилактики массивного кровотечения при травматических разрывах и интраоперационных повреждениях селезенки. Широкое распространение спленэктомии обусловлено трудностью выполнения органосохраняющих операций, что связано с особенностями строения и кровоснабжения органа. Проблема тем более актуальна, что спленэктомия по-прежнему остается операцией выбора во многих, даже крупных, хирургических клиниках (Игнатьев В.Г., Михайлова В.М. 2000; Pabst R. 1999). Известно, что после удаления селезенки развивается комплекс патологических сдвигов, получивший название «постспленэктомический гипоспленизм» (Апарцин К.А. 2000). Этот синдром проявляется уменьшением иммунологической резистентности, возможностью развития «молниеносных» инфекций, а также ростом заболеваемости острыми и хроническими вирусными и бактериальными инфекциями на протяжении дальнейшей жизни больного (Кущ Н.Л. и др., 1987; Епифанов Н.С., 1991; Spelman D., 2001). Помимо этого, удаление селезенки приводит к быстрой акцидентальной инволюции центрального органа иммуногенеза – тимуса (Стручко Г.Ю. 2003; Павлова И.Е. 2007).
Следовательно, удаление селезенки приводит к стойкому необратимому угнетению иммунитета, что, несомненно, должно снижать противоопухолевую защиту организма и потенцировать рост новообразований. Однако в доступной литературе мы встретили лишь единичные и, зачастую, противоречивые работы по изучению канцерогенеза на фоне вторичного иммунодефицита (Maral J. et al., 1983; Barosi G. et al., 1998; Ben-Hur H et al., 2002). В литературе также отсутствуют сведения о состоянии иммунных органов при канцерогенезе на фоне вторичного иммунодефицита после спленэктомии, что не может достоверно отражать взаимосвязь этих процессов. Таким образом, изучение морфологического статуса и иммуногистохимического фенотипа центрального органа иммуногенеза – тимуса при возрастной инволюции, удалении селезенки, введении канцерогена, при канцерогенезе на фоне иммунной недостаточности после спленэктомии, а также при иммунокоррекции является актуальным и представляет научный интерес для широкого круга специалистов. Исходя из вышеизложенного, нами была поставлена цель и определены конкретные задачи исследования.
Цель исследования
На основании оценки изменений морфологии и молекулярного фенотипа тимуса установить особенности инволютивных изменений и степень сохранности его функциональной активности при разных экспериментальных моделях (возрастная атрофия, введение полиоксидония, канцерогенез, спленэктомия, канцерогенез на фоне спленэктомии).
В соответствие с целью работы были поставлены следующие задачи:
-
Определить морфометрические характеристики долек тимуса и относительную массу железы при возрастной инволюции у интактных крыс 6-10 месяцев, а также через 1-5 месяцев после воздействия в следующих моделях: введение полиоксидония, введение канцерогена; спленэктомия; введение канцерогена на фоне спленэктомии.
-
Выявить экспрессию маркеров апоптоза и клеточной пролиферации в структурах тимуса крыс с возрастной инволюцией и при указанных экспериментальных моделях.
-
Установить особенности распределения эпителиальных клеток в корковом и мозговом веществе долек тимуса у крыс при возрастной инволюции и в экспериментальных моделях.
-
Оценить клеточный состав нетимопоэтического микроокружения долек тимуса при разных экспериментальных моделях и возрастной инволюции.
-
Определить особенности распределения разных форм лимфоцитов, их количество и соотношение в корковом и мозговом веществе долек железы при возрастной инволюции и указанных экспериментальных моделях.
-
Выявить особенности распределения клеток нейроэндокринного и нейроэктодермального происхождения в структурах тимопоэтического компонента коркового и мозгового вещества долек тимуса в эксперименте и при возрастной инволюции в указанные сроки.
-
Охарактеризовать динамику морфологических и молекулярных изменений в тимусе с позиций оценки степени инволютивных изменений и сохранности структур тимопоэтического компонента и нетимопоэтического окружения при разных экспериментальных моделях и возрастной инволюции.
-
Разработать концепцию патогенетических изменений и определить возможные варианты исхода инволютивных изменений тимуса при возрастной атрофии и указанных экспериментальных воздействиях у крыс 10 месяцев.
Научная новизна работы
Представлены новые данные об изменениях в популяциях эпителиальных клеток долек, тимоцитов коркового и мозгового вещества, антигенном составе компонентов тимопоэтического и нетимопоэтического микроокружения, а также экспрессии маркеров клеточной пролиферации и апоптоза в структурах тимуса крыс 6-10 месяцев при возрастной инволюции и через 1-5 месяцев после воздействий (введение полиоксидония, введение канцерогена, спленэктомия, введение канцерогена на фоне спленэктомии).
Впервые показано, что атрофия тимуса в моделях со спленэктомией уже через четыре месяца после воздействия сопровождается дезорганизацией сетевой структуры эпителиальных клеток мозгового вещества, которая сочетается со снижением клеточной пролиферации в структурах дольки и уменьшением числа зрелых тимоцитов в мозговом веществе. В группах без спленэктомии на этом сроке подобных изменений не выявлено.
Впервые продемонстрировано, что инволюция тимуса через 4 и 5 месяцев после воздействия в моделях с изолированным введением канцерогена, спленэктомией и введением канцерогена на фоне спленэктомии характеризуется изменением нормального соотношения CD3+ тимоцитов мозгового и коркового вещества с преобладанием этих клеток в корковом веществе. При этом установлено, что в моделях со спленэктомией этот феномен обусловлен, преимущественно, уменьшением количества CD3+ клеток в мозговом веществе, тогда как в модели с изолированным введением канцерогена реализован за счет значительного увеличения количества CD3+ клеток в корковом веществе дольки.
В исследовании представлены новые данные об изменении в популяциях тимических дендритных клеток и клеток APUD серии при разных экспериментальных моделях и при возрастной инволюции у крыс 6-10 месяцев. Показано, что инволюция тимуса крыс во всех группах сопровождается волнообразным изменением количества клеток APUD серии (Synaptophysin+) и дендритных клеток (S-100+), причем наиболее значимо число этих клеток возрастает в модели с изолированным введением канцерогена.
Установлено, что наибольшая морфологическая и функциональная сохранность тимической паренхимы у крыс 10 месяцев отмечается в группах с возрастной инволюцией, введением полиоксидония и изолированным введением канцерогена, тогда как в моделях со спленэктомией морфологические признаки атрофии паренхимы тимуса сочетались с выраженными изменениями в его клеточном и антигеном составе.
Научно-теоретическая значимость
Результаты работы расширяют представления о клеточных механизмах инволюции центрального органа иммуногенеза - тимуса при возрастной атрофии, канцерогенезе, вторичной иммунной недостаточности после спленэктомии, а также при канцерогенезе на фоне вторичной иммунной недостаточности. Впервые представлены данные о влиянии курсового введения иммуномодулятора полиоксидоний на течение возрастной инволюции тимуса. Впервые проведен многофакторный анализ изменений молекулярного фенотипа разных структурных элементов вилочковой железы, исследованы особенности апоптоза и клеточной пролиферации компонентов тимопоэтического и нетимопоэтического микроокружения при разных экспериментальных моделях. Разработана концепция патогенеза инволютивных изменений тимуса при разных моделях и представлено схематическое морфологическое обоснование возможных вариантов исхода инволюции с позиций сохранности тимопоэтического компонента железы при разных воздействиях.
Основные результаты исследований используются в материалах лекций и практических занятий на кафедрах функциональной и лабораторной диагностики; цитологии, эмбриологии и гистологии; госпитальной хирургии № 2 медицинского факультета федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова», а также в практической работе врачей-онкологов БУ «Республиканский клинический онкологический диспансер» Министерства здравоохранения и социального развития Чувашской республики.
Практическая значимость
Исследование представляет интерес для широкого круга специалистов: гистологов, иммунологов, патологов, онкологов, практических хирургов и геронтологов, занимающихся проблемами иммунных нарушений, старения и канцерогенеза. Результаты работы могут быть использованы для обоснования профилактики иммунных нарушений после спленэктомии, а также возможного применения корригирующей иммунотерапии на разных стадиях канцерогенеза.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Степень сохранности тимопоэза у крыс 10 месяцев, оцениваемая по совокупности показателей (количество и соотношение зрелых тимоцитов, экспрессия маркеров клеточной пролиферации и апоптоза, количественные и качественные изменения в популяции клеток тимопоэтического микроокружения), достоверно ниже в моделях с вторичной иммунной недостаточностью после спленэктомии по сравнению с изолированным введением канцерогена, введением полиоксидония и возрастной атрофией.
-
Интенсивность экспрессии маркеров клеточной пролиферации, а также соотношение зрелых тимоцитов и клеток-предшественников тимопоэза в корковом веществе долек тимуса находятся в прямой зависимости от степени сохранности сетевой структуры TEC коркового и мозгового вещества. Приоритетным следует признать ключевое значение сохранности сетевой структуры TEC с адекватным поступлением в тимус незрелых костномозговых клеток-предшественников в поддержании тимопоэтической функции вилочковой железы у крыс 10 месяцев.
-
Введение канцерогена на фоне спленэктомии через пять месяцев после воздействия приводит к снижению клеточной пролиферации и усилению экспрессии белков-регуляторов апоптоза в структурах коркового вещества долек тимуса, которые сочетаются с изменением количественного соотношения эпителиальных клеток коркового и мозгового вещества с дезорганизацией их сетевой структуры, а также уменьшением числа CD3+ тимоцитов коркового и мозгового вещества.
Апробация работы и публикации
Основные материалы диссертации доложены и обсуждены на VI Всероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов, 2009); VIII Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых по медицине (Тула, 2009); Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию Ивановской школы лимфологов (Иваново, 2009); XVII Международном конгрессе по реабилитации (Париж, Франция, 2011); II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Медико-биологические аспекты мультифакториальной патологии» (Курск, 2011); Межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 65-летию Республиканского клинического онкологического диспансера «Новые технологии в диагностике и лечении злокачественных новообразований» (Чебоксары, 2011); XII Международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2011); IV Всероссийской научно-практической конференции «Цитоморфометрия в медицине и биологии: фундаментальные и прикладные аспекты» (Москва, 2011); III Съезде физиологов СНГ (Ялта, Украина, 2011); IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Микроциркуляция в клинической практике» (Москва, 2012); XI Конгрессе международной ассоциации морфологов (Самара 2012); Всероссийской конференции с международным участием «Морфология в теории и практике», посвященной 90-летию со дня рождения профессора Д.С. Гордон (Чебоксары, 2012).
По теме диссертации опубликовано 47 научных работ (тезисы–28, статьи-19). 20 работ (из них 15 - статьи) опубликованы в ведущих рецензируемых российских научных журналах из перечня ВАК РФ, рекомендованного для публикаций основных результатов диссертаций на соискание ученых степеней, выпущено одно учебное издание.
Связь с базовыми научными программами
Исследование является частью комплексной темы «Иммунология злокачественного роста. Типирование опухоли желудочно-кишечного тракта на фоне иммунной недостаточности» № гос. регистрации 01201055242 от 04.05.2010 г. Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ МД-5000.2008.7, гранта Президента РФ МД-2936.2011.7, гос. контракта 02.740.11.0708 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013гг.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 195 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, результатов собственного исследования, обсуждения результатов, выводов и списка использованной литературы. Диссертация иллюстрирована 15 таблицами, 55 рисунками. Список использованной литературы включает 349 источников, из них 274 - иностранных.
