Перед современной наукой остро стоит проблема предотвращения вредного влияния физических, химических факторов и их комбинаций на организм человека. В этом случае весьма важны нарушения в одной из наиболее реактивных систем организма - системе кроветворения и её главнейшем морфологическом субстрате - красном костном мозге [7].
По мнению крупнейших отечественных исследователей [6, 9], одним из главнейших морфофункциональных компартментов любого анатомического образования, в том числе и эритропоэтического, определяющих его гомеостаз и, как следствие, степень устойчивости к негативным воздействиям, является его система микроциркуляции. В настоящее время для оценки функции этой системы успешно используется лазерная допплеровская флоуметрия (ЛДФ) - один из наиболее перспективных методов, дающих интегральную оценку характеру микроциркуляции [5].
В результате исследований стало очевидным, что эндотелий - это не просто внутренний слой клеток в сосудах, а это активная метаболическая система, которая функционирует как рецепторно-эффекторный орган, реагирующий на любой физический или химический раздражитель с выделением соответствующих веществ, с помощью которых он может поддерживать вазомоторный баланс и сосудисто-тканевый гомеостаз [1; 10]. Повреждение или чрезмерная активация эндотелия разрывает нормальные регуляторные связи и приводит к нарушению его функции, причем повреждения сосудистой стенки могут быть как структурными, так и функциональными, обусловленными нарушением клеточного метаболизма, истощением энергетических запасов, ингибированием отдельных функциональных систем сосудистой стенки [3].
Характер микроциркуляции отражает множество взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов, таких, в частности, как закономерности тока крови в микрососудах и состояние эндотелия, как в норме на различных этапах онтогенеза, так и при воздействии негативных факторов внешней среды, например таких широко распространенных в промышленности, как газообразные серосодержащие поллютанты. Таким образом, целью данного исследования стало изучение особенностей микроциркуляции с помощью ЛДФ в костном мозге у крыс на различных этапах постнатального онтогенеза в норме и при экспериментальном воздействии субтоксических доз серосодержащего газа.
Материал и методы исследования
Для изучения микроциркуляции были использованы белые нелинейные крысы-самцы в возрасте от 225 до 630 суток жизни, массой 180-250 г. Были сформированы две группы животных: контрольная (24 особи) и экспериментальная (48 животных), которая подвергалась воздействию серосодержащего газа. Эксперимент проводился в момент, когда животные достигали возраста, равного половине того периода своего развития, который соответствовал выбранному для экстраполяции этапу онтогенеза человека (таблица). Таблица построена по данным, приведенным в работе [2] с разбивкой зрелого периода онтогенеза крыс на два подпериода, соответственно таковому у человека.
В качестве токсического агента был применен промышленный природный серосодержащий газ Астраханского газоконденсатного месторождения. В экспериментах использовалась концентрация серосодержащего газа в газовоздушной смеси, составляющая 90 ± 4 мг/м3 по сероводороду, что в 30 раз больше предельно допустимой концентрации (ПДК) сероводорода для рабочих зон химических предприятий при одновременном присутствии углеводородов.
Распределение экспериментальных животных в соответствии с периодами онтогенеза человека
|
Человек |
Лабораторные крысы |
|
|
Период |
Период |
Возраст (сут.) |
|
Юношеский возраст |
Молодой |
225 |
|
Взрослый возраст, I период |
Зрелый I |
383 |
|
Взрослый возраст, II период |
Зрелый II |
487 |
|
Зрелый возраст |
Предстарческий |
630 |
Концентрация сероводорода в затравочной камере производства Московского института профзаболеваний и гигиены труда им. Эрисмана измерялась индикаторными трубками фирмы «Auer».
Условия эксперимента полностью соответствовали правилам проведения токсикологических экспериментов, изложенных в издании ВОЗ [8] и приказе МЗ РФ №267 от 19.06.2003.
Контрольными являлись крысы аналогичных возрастных групп, которые так же, как и экспериментальные, для нивелирования стрессорных эффектов по 6 особей находились 4 часа в герметически закрытой затравочной камере в тех же условиях, что и опытные, но без присутствия серосодержащего газа.
Измерение микроциркуляции проводили в условиях острого опыта: после наркотизации путем внутрибрюшинного введения раствора этаминала натрия из расчета 4 мг на 100 г массы тела животного производился доступ к проксимальному метафизу бедренной кости, а именно, к участку, расположенному дорзолатерально между большим и малым вертелом бедра. Костная ткань метафиза щадяще фенестрировалась с формированием отверстия диаметром в 1,5 мм для оценки микроциркуляции костного мозга.
Исследования проводились при комнатной температуре 21-23°С. Для получения данных о микроциркуляции использовалось оборудование НПП «Лазма» - ЛАКК-02 (Россия). Результаты ЛДФ-тестирования регистрировали в относительных перфузионных единицах - ПФ, которые отражают степень перфузии, преимущественно эритроцитарной фракцией крови, единицы объема ткани за единицу времени и позволяют проследить ее динамику при различных воздействиях [4].
Осуществлялась фармакологическая проба с ацетилхолином путем аппликации 1 мкл 0,001%-го водного раствора в фенестрированное отверстие с последующей регистрацией изменений микроциркуляции. Регистрация и обработка данных производились с помощью программы LDF 2.20.0.507 WL. Статистический анализ полученных данных осуществлялся при помощи утилиты OpenOffice Calc программного продукта OpenOffice.
Результаты исследования и их обсуждение
Как показали исследования, возрастные колебания интенсивности микроциркуляции крови в красном костном мозге интактных крыс статистически недостоверны на протяжении от 225 до 487 суток постнатального онтогенеза (рис. 1). С увеличением возраста животных до 630 суток наблюдается выраженное статистически высокодостоверное (P < 0,01) падение интенсивности микроциркуляции на 18 ± 2%.
Воздействие субтоксических концентраций серосодержащего газа вызывает выраженное снижение интенсивности микроциркуляции в красном костном мозге крыс практически в два раза на всех изучаемых этапах постнатального онтогенеза. Однако наиболее значительное угнетение микроциркуляции на 57 ± 4% наблюдается у молодых животных.
В I зрелом периоде онтогенеза у экспериментальных животных наблюдается статистически достоверное (P < 0,05) повышение уровня микроциркуляции по сравнению с предыдущим периодом на 5 ± 1%. С дальнейшим увеличением возраста колебания интенсивности микроциркуляции у экспериментальных животных были статистически недостоверными.
Рис. 1. Возрастная динамика интенсивности микроциркуляции у интактных животных (контроль) и подвергнутых воздействию серосодержащего газа (эксперимент)
Воздействие ацетилхолина на микроциркуляторное русло вызывает интенсификацию микроциркуляции (рис. 2-4), как у интактных животных, так и у подвергнутых воздействию субтоксических концентраций серосодержащего газа.
Рис. 2. Влияние ацетилхолина на микроциркуляцию у интактных животных (контроль) и подвергнутых воздействию серосодержащего газа (эксперимент)
Рис. 3. ЛДФ-грамма микроциркуляции в красном костном мозге крысы 630 суток онтогенеза после воздействия серосодержащего газа
Рис. 4. ЛДФ-грамма микроциркуляции в красном костном мозге крысы 630 суток онтогенеза после воздействия серосодержащего газа и ацетилхолиновой пробы
Степень интенсификации микроциркуляции при ацетилхолиновой пробе, которая определяется в основном реакцией эндотелия, модулируется возрастом и токсическим воздействием. Так, воздействие ацетилхолина вызывает у интактных животных статистически высокодостоверное (P < 0,01) увеличение перфузии красного костного мозга на 29 ± 4% у крыс 225 суток развития и на 35 ± 5% у 630 суточных.
Большее, хотя и статистически недостоверное (P > 0,05), увеличение объема гемомикроциркуляции у животных предстарческого периода онтогенеза по сравнению с молодыми можно объяснить недостаточной сформированностью у последних механизмов ответа системы микроциркуляции на внешнее воздействие, что, впрочем, требует дальнейшего изучения.
Воздействие серосодержащих поллютантов значительно модифицирует реакцию гемомикроциркуляции на ацетилхолиновую пробу, как у молодых животных, так и в предстарческом периоде онтогенеза. Так, у молодых экспериментальных животных воздействие ацетилхолина вызывает статистически достоверное (P < 0,05) увеличение интенсивности микроциркуляции на 22 ± 4%, а у животных предстарческого возраста статистически недостоверная (P > 0,05) интенсификация микроциркуляции достигает лишь 13 ± 5%.
Следовательно, угнетение реакции гемомикроциркуляции на ацетилхолиновую пробу, обусловленное токсическим воздействием и являющееся следствием дисфункции эндотелия, составляет для молодых животных 132% , а для животных предстарческого периода онтогенеза - 269%.
Таким образом, на основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
-
Интенсивность гемомикроциркуляции в красном костном мозге зависит от стадии постнатального онтогенеза организма и с возрастом снижается.
-
Токсическое воздействие, например, газообразных серосодержащих поллютантов, вызывает резкое угнетение гемомикроциркуляции в красном костном мозге, наиболее выраженное у молодых животных.
-
Интенсивность микроциркуляции после токсического воздействия незначительно, но статистически достоверно повышается в группе животных I взрослого возраста по сравнению с предыдущей стадией онтогенеза и остается практически постоянной до предстарческого возраста.
-
Реакция гемомикроциркуляции в красном костном мозге на ацетилхолиновую пробу положительна и является суперпозицией возраста и внешнего альтерирующего воздействия.
-
Животные предстарческого возраста обнаруживают более выраженную уязвимость гемомикроциркуляции красного костного мозга по сравнению с молодыми. Она вызвана, скорее всего, возрастной деградацией метаболизма эндотелия и нейрогуморальных механизмов регуляции микроциркуляции.
Рецензенты:
-
Молдавская А.А., д.м.н., профессор, профессор кафедры анатомии человека Астраханской государственной медицинской академии, г. Астрахань;
-
Сентюрова Л.Г., д.м.н, профессор, зав. кафедрой медицинской биологии Астраханской государственной медицинской академии, г. Астрахань.
Работа поступила в редакцию 09.04.2012.