Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время остро стоят вопросы сохранения здоровья и выживания людей в условиях глобального ухудшения экологической обстановки. По существующим представлениям глубина структурных изменений в тканях, органах и системах организма при действии патогенных факторов определяется возможностями их резервов. Повреждения наступают тогда, когда все механизмы защиты и адаптации задействованы, а резервы использованы (Бонашевская Т.Н., 1977, 1986; Иванова В.Ф. с соавт., 1994,2001; Пузырев А.А. с соавт., 1997).
Неблагоприятные факторы воздушной среды воздействуют в первую очередь на органы дыхания, где эпителий воздухоносных путей является первым барьером на пути их проникновения в организм. Под воздействием различных химических агентов, поступающих из воздушной среды, происходят существенные изменения структуры и функции легких (Зислин Д.М., Стерехова Н.П., 1977;Середенко М. М. с соавт., 1992; Асфандияров Р. И. с соавт., 1995; Полунин И. Н. с соавт., 1999; Величковский Б.Т.,2001). Контакт человека и биосферы с сероводородсодержащим газом происходит во многих отраслях промышленности: газоперерабатывающей и нефтяной, в производстве вискозы, бумаги, на металлургических предприятиях, в кожевенной промышленности и в сельском хозяйстве. Концентрация сероводорода в природном газе может колебаться от 1% до 90% (Асфандияров Р.И. с соавт., 1995). Опубликованные работы по влиянию природного сероводородсодержащего газа на органы дыхания чаще всего имеют клиническую и гигиеническую- направленность (Боев ВМ., Сетко Н.П.,2001; AlmedaA.R, Guidotti T.L.,1999; Legator M.S. etal.,2001). Глубоких морфологических исследований, освещающих различные стороны структурных преобразований в компартментах клеток, обеспечивающих развитие в них процессов адаптации, недостаточно. Известны лишь работы об особенностях структурной реорганизации аэрогематического барьера при острых отравлениях природным газом (Burnett W. et al.,1977; Полунин И.Н с соавт., 1999). Целостная, взаимосвязанная картина структурной реорганизации эпителиальных барьеров воздухоносных и респираторных отделов органов дыхания при воздействии сероводородсодержащих газовых смесей отсутствует, в силу чего не выявлены адаптационные возможности их, как барьеров. Недостаточно ясны ранние признаки структурной дизадаптации барьеров, что не позволяет наметить пути коррекции возникающих патологических изменений и их профилактики.
Вопросы превентивной медицины требуют сведений о структурной реорганизации печени, как основного органа биотрансформации ксенобиотиков и коррекции гомеостаза организма. В литературе имеются немногочисленные клинические и физиологические сведения о влиянии сероводородсодержащих газов на желчеобразовательную функцию печени, но и они противоречивы (Sava G. et al.,1980; Beauchamp R.et.al.,1984). Поэтому выявление структурно-функциональных эквивалентов реакции
POC, НАЦИОНАЛЫ*** ВИЫ1ИОТЕКА , гггчЭИ
гепатоцитов, направленной на сохранение жизни клеток при воздействиях сероводородсодержащих факторов воздушной среды, является необходимым. Несмотря на то, что популяция гепатоцитов является долгоживугдей, их программированную гибель обнаруживают при различных повреждениях печени (Fawthrop D. J. etal, 1991; PatelT., Gores G., 1995; Feldmann G., 1997; Losser M. R., Poyen D., 1996), которая проявляется быстро протекающим феноменом. Вопрос о том, как сероводородсодержащие факторы воздушной среды разной интенсивности влияют на процессы регенерации печени и на развитие в гепатоцитах апоптозов, является не изученным.
Таким образом, несмотря на распространенность
дестабилизирующего фактора в воздушной среде многих производств и в среде обитания человека, целостного представления о возможностях эпителиальных барьеров легких и печени в защитно-адаптационных реакциях, направленных на поддержание гомеостаза в них и во всем организме, не составлено, хотя потребность в нем очевидна. Неизвестны также данные о возможностях коррекции возникающих патологических изменений в вышеуказанных органах.
Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования -
изучение структурно-функциональных возможностей эпителиев легких и
печени, как барьеров при воздействии сероводородсодержащих газовых
смесей, способностей их к адаптации, выявление ранних признаков
дизадаптации, их взаимосвязи с изменениями в гипоталамо-гипофизарном
комплексе, поиск способов и средств коррекции возникающих
патологических изменений.
При реализации цели были поставлены следующие задачи:
В динамике на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях определить реорганизацию эпителиальных барьеров легких и печени на воздействие газовой смеси (природный газ + воздух) в зависимости от содержания в ней сероводорода и длительности влияния.
С использованием метода гистоавторадиографии выявить особенности репаративной регенерации гепатоцитов и эпителиоцитов легких при воздействии сероводородсодержащей газовой смеси.
Определить участие факторов антирадикальной защиты в реакции эпителиальных тканей легких, печени и сыворотки крови на воздействие сероводородсодержащей газовой смеси с различным содержанием сероводорода и разной продолжительностью влияния.
Выявить взаимосвязь структурной реорганизации эпителиальных тканей легких и печени с изменениями, происходящими в гипоталамо-гипофизарном комплексе.
5. По структурно-биохимическим характеристикам эпителиев легких и
печени изучить эффективность антигипоксантов, антиоксидантов,
иммуномодуляторов, как корректоров сдвигов в их гомеостазе в условиях
воздействия сероводородсодержащих газовых смесей.
Научная новизна исследования. Впервые на субклеточном и
клеточном уровне изучена структурная реорганизация печени при
воздействии сероводородсодержащих газовых смесей с разным содержанием
сероводорода и различной продолжительностью влияния. Показана
кумуляция патогенного эффекта при продолжительных воздействиях средних доз сероводородсодержащих газовых смесей, создающая материальную базу для развивающихся процессов дизадаптации, и предложены меры коррекции патологических показателей клеточного и тканевого гомеостаза в печени и в легких. Впервые при воздействии сероводородсодержащих газов выявлена межсистемная корреляция реакции гипоталамо-гипофизарной системы с адаптационными процессами в печени: взаимосвязь реакции неиросекреторных клеток супраоптических ядер гипоталамуса и ДНК-синтезирующей активности гепатоцитов, структурных изменений соматотропоцитов с интенсивностью включения лейцина гепатоцитами, зависимость реакции гепатоцитов различных зон долек с реакцией адренокортикотропоцитов. Впервые установлена активизация деятельности лактотропоцитов при воздействии сероводородсодержащих газовых смесей. Выявлена реакция нейроэндокринных клеток эпителия внутрилегочных бронхов при воздействии сероводородсодержащего газа. Обнаружена разная реакция митохондрий в клетках изученных органов, зависящая от содержания в смеси сероводорода.
Практическая значимость работы. Результаты работы создают теоретическую основу для расширения представлений об адаптационных возможностях тканевого гомеостаза в эпителиальных барьерах легких и печени и для разработки корригирующих и профилактических мер при воздействии сероводородсодержащих газовых смесей. Результаты исследования могут быть использованы для дальнейших фундаментальных разработок вопросов межсистемных корреляций и в прикладной медицине при разработке корригирующих средств, в отделах охраны труда производств, в технологии которых присутствует сероводород.
Внедрение. Полученные результаты внедрены в учебный процесс и практику НИР на кафедре гистологии, цитологии и эмбриологии Оренбургской государственной медицинской академии, на кафедре общей биологии Оренбургского государственного университета, в работе медицинского взвода Военизированной части ООО «Астраханьгазпром». Основные положения, выносимые на защиту: 1. Процессы адаптации, при воздействии малых (10 мг/м3 по H2S) и средних (100 мг/м3 по H2S) доз газовой смеси (природный газ + воздух) по 1 часу ежедневно продолжительностью 14 дней, начинаются одинаково с активизации метаболизма в гепатоцитах и специализированных эпителиоцитах легких, подтверждаемые структурно-функциональными показателями (повышение интенсивности включения 3Н- лейцина и 3Н-тимидина, увеличение количества свободных рибосом, активизация ферментов антирадикальной защиты-каталазы, супероксиддисмутазы).
2. Длительные воздействия средних доз газовой смеси (100 мг/м3 по H2S
по 1 часу ежедневно на протяжении 30 дней) приводят к кумуляции
цитопатического эффекта и истощению структурных возможностей
эпителиальных барьеров легких и печени, проявляющихся накоплением в
цитозоле неутилизированных ламеллярных тел, поврежденных
митохондрий, фагосом, крупных везикул, редукцией белоксинтезирующего
аппарата и увеличением числа гепатоцитов, дающих положительную
реакцию на фрагментированную ДНК.
Кумулятивные изменения в печени при воздействии средних доз сероводородсодержащих газовых смесей коррелируют с изменениями в гипоталамо-гипофизарном комплексе: в супраоптических ядрах гипоталамуса увеличивается число дегенерирующих клеток, уменьшается количество активно функционирующих клеток; в нейрогипофизе блокируется высвобождение нейрогормонов и активизируется глия; в аденогипофизе возрастает число дегенерирующих клеток, ингибируется деятельность соматотропоцитов (преобладают клетки с редуцированным комплексом Гольджи, уменьшается содержание гранул, появляются крупные фаголизосомы), уменьшается число кортикотропоцитов, возрастает в 4 раза количество лактотропоцитов.
При воздействии больших доз газовой смеси (850-900 мг/м3 по H2S) в реснитчатых клетках эпителиальной выстилки бронхов происходят локальные отторжения ресничек, повышается ДНК-синтезирующая способность клеток. В респираторном отделе развиваются процессы локального отека, микроклазматоза в альвеолоцитах I типа, повышается функциональная активность альвеолоцитов II типа. В гепатоцитах происходит исчезновение гликогена (как субстрата гликолиза и детоксикации), сохранение сукцинатдегидрогеназного пути энергообеспечения, снижение ДНК- и белок-синтезирующей активности, появление капель липофусцина, сохранение структуры митохондрий, при значительном снижении цитохромоксидазы.
5. Использование в качестве протекторов при воздействии малых доз сероводородсодержащей газовой смеси - аекола, при воздействии средних доз газовой смеси - семакса, при воздействии больших доз газовой смеси -леакадина и ноотропила приводит к улучшению структурно-метаболических показателей в тканях печени и легких.
Апробация работы и публикации. Материалы работы доложены: на III Всесоюзной конференции «Эндокринная система организма и вредные факторы внешней среды» (Ленинград, 1987); на II съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Омск, 1995); на научно-практической конференции «Компенсаторно-приспособительные механизмы внутренних органов и головного мозга в норме, патологии и эксперименте» (Тюмень, 1996); на IV съезде российских морфологов (Ижевск, 1999); на VI Всероссийской конференции по патологии клетки (Москва, 2000); на Международном конгрессе « ANTHROPOLOGY- 2000» (Bydgoszcz, Poland, 2000); на
Международной конференции «Структурные преобразования органов и тканей на этапах онтогенеза человека в норме и при воздействии антропогенных факторов. Экология и здоровье населения» (Астрахань, 2000); на Международной научной конференции «Экология и здоровье в XXI веке» (Ульяновск, 2001); на VI конгрессе Международной ассоциации морфологов (Уфа, 2002); на Всероссийской конференции «Реактивность и пластичность гистологических структур в нормальных, экспериментальных и патологических условиях» (Оренбург, 2003)
Публикации. По материалам исследования опубликовано 39 работ, получены 2 патента на изобретение (патент №22124891-«Антидот при острых отравлениях сероводородсодержащим газом», патент №2135140-«Средство индивидуальной защиты на сероводородопасных производствах».
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 337 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, раздела «Материалы и методы исследования», семи глав результатов собственных исследований, обсуждения, выводов и списка литературы. Диссертация иллюстрирована 134 рисунками, 30 таблицами и двумя схемами. Библиография включает 244 отечественных и 357 зарубежных источников литературы.
