Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

DISTRIBUTION OF NEUROTRANSMITTERS IN THE STRUCTURES OF THE LUNGS AFTER EXPOSURE TO NATURAL GAS

Bogatykh S.P. 1 Lyubovtseva L.A. 2
1 The State Educational Institution “The Postgraduating Doctors’ Training Institute” of the HealthCare and Social Development Ministry of the Chuvash Republic
2 Chuvash State University
In the science laboratory we have studied the impact of natural gas of different concentrations on bioamino structures of the lungs. Experimental group of laboratory animals was poisoned with natural gas at different concentration: 0.1 of maximum permissible concentration (MPC), a concentration equal to the MPC and a concentration equal to 10 MPC´s. The experiment was conducted daily during 8 hours for 30 days. Luminescent-histochemical methods revealed changes in the content of biogenic amines: serotonin, catecholamine, histamine in the structures of the lungs. Using Pearson correlation analysis to find relationships (dependencies) between the normally distributed quantitative traits, we have revealed correlations between changes in biogenic amines within the cellular structure of the lungs. The damaging effect of natural gas deregulation was emerged in the processes of synthesis and inactivation of neurotransmitters within the cells. Natural gas in the lowest concentration (0.1 MAC) exerted a damaging effect on the investigated structure of the lungs, and with increasing concentrations - caused a change in the correlation relationship between biogenic amines inside the cells.
correlation analysis
luminescent cells
granular
T-lymphocytes
natural gas
lungs
neurotransmitters
1. Agadzhanjan N.A., I.N. Polunin, G.A. Trubnikov Jekologicheskie aspekty bronholegoch nojpatologii Volzhskogoponizov'ja, Astrahan', 2000, рp. 256.
2. Avakian O.M., Sovremennye dannye o mehanizme vysvobozhdenija i zahvatekate holaminov, vozmozhnosti i perspektivyih farmakologicheskoj reguljacii, Avakian O.M., Zhurn.vsesojuzn.him.ob-vaim.D.I.Mendeleeva, 1986, vol. 21, pp. 85-90.
3. Bednov I.A., Fiziologicheskie mehanizmy hronicheskogo vozdejstvija serosoderzhawim gazom v jeksperimente, Avtoref. diss. kand. med. nauk, Astrahan', 2004, рp.22.
4. Gur'janova E.A. Morfofunkcional'nye aspekty vlijanij aakupunktury na vzaimodejstvie nejromediatorov v strukturah organov immunogeneza i kozhi, Avtoref. diss. d-ramed. nauk, Saransk, 2011, рp.42.
5. Lyubovtseva L.A., Ljuminescentnogistohimicheskoe issledovanie struktur kostnogo mozga, Cheboksary, Izd-vo Chuvash. un-ta, 1998, p. 96.
6. Tenjukov V.V. Status biogennyh aminov tkanevyh struktur legkih vnorme i jeksperimente, Avtoref. diss. kand. med. nauk, Moskva, 1981, рp.24.
7. Trizno N.N., F.R. Asfandijarov, I.A. Bednov, A.K. Ajupova Serosoderzhawie gazy ih dejstvie na organizm i puti dezotoksikacii v jeksperimente, Astrahan', AGMA, 2005, рp.116.
8. Shishkina T.A., Patogeneticheskie mehanizmy narushenija mikrocirkuljacii v legkih pri hronicheskom vozdejstvii serovodorodsoderzhawim gazom, Avtoref. diss. kand. med. nauk, Saratov, 2008, рp.24.
9. Jaglov V.V., Aktual'nye problemy biologii diffuznojj endokrinnoj sistemy, Jaglov V.V., ArhivAGJe, 1989, vol. 96, issue 1, pp.14-25.
10. Cross S.A., Ewen S.W., Rost F.W. A study of the methods available for the cуtochemical localization of histamine bуfluorescence induced with o-phtalaldehуde or acetaldehyde, Hystochem. J. 1971. no. 6. рр. 471-476.
11. Falk B. Fluorescence of catecholamine and related compounds condensed with formaldehyde, J. Histohem. Cytohem. 1962. no. 10. рр. 348-354.

Под воздействием различных химических агентов, поступающих из воздушной среды, происходят существенные изменения структуры и функции легких. Длительное воздействие сероводородсодержащего газа вследствие прямого раздражающего эффекта формирует воспалительный процесс в легких с активацией целого комплекса стандартных защитных механизмов. Декомпенсация систем антирадикальной, антипротеазной, специфической и неспецифической иммунной защиты приводит к стойким нарушениям структурной организации компонентов легочной ткани и формированию хронического патологического процесса [1, 3, 7, 8]. Глубоких морфологических исследований, освещающих различные стороны структурных преобразований в компартментах клеток, обеспечивающих развитие в них процессов адаптации, недостаточно, что не позволяет наметить пути коррекции возникающих патологических изменений и их профилактики. Согласно данным литературы локальные механизмы регуляции и пролиферации связаны с особыми клетками, которые можно отнести к нейроэндокринной системе: гранулярные люминесцирующие клетки [5, 9]. Данные литературы и собственные исследования позволяют заключить, что немаловажное значение в обеспечении тканей нейромедиаторами наряду с ГЛК выполняют тучные клетки, однако соотношение их в исследуемых тканях разное. Исследование корреляционной связи между биогенными аминами позволяет выявить согласованное и взаимозависимое снабжение структур органов и тканей нейромедиаторами или диссонанс в работе этих структур [4, 5]. В то же время известно, что биогенные амины влияют на гомеостаз и микроокружение лимфоцитов и способствуют тому или иному направлению цитодифференцировок Т-лимфоцитов [2]. Мы полагаем, что исследование корреляционных взаимодействий между биогенными аминами позволит раскрыть механизм воздействия природного газа на структуры легких. Целью данного исследования является изучение распределения нейромедиаторов и выявление корреляционных связей между ними в люминесцирующих клеточных структурах легких в норме и после экспериментального воздействия природным газом.

Материалы и методы исследования.

Работа представляет собой экспериментальное комплексное исследование, выполненное на 100 беспородных крысах, самцах массой 120-150 г, прошедших карантин в течение месяца в специальном помещении вивария и в дальнейшем находящихся на стандартном лабораторном содержании. Уход и все процедуры по уходу осуществлялись по нормам и правилам обращения с лабораторными животными. Легкие брали в одно и то же время суток с 15 до 18 часов под глубоким эфирным наркозом.

Первую группу составили интактные животные (n = 25), вторая подвергалась затравке природным газом в концентрации, равной 0,1 ПДК (30 мг/м3) (n = 25), третья - ПДК (300 мг/м3) (n = 25), четвертая - 10 ПДК (3000 мг/м3) (n = 25). Согласно ГОСТ 5542-87 предельно допустимая концентрация (ПДК) углеводородов природного газа в воздухе рабочей зоны равна 300 мг/м3 в пересчете на углерод.

Газом воздействовали в течение 30 суток ежедневно в течение 8 ч. Лабораторные животные содержались в камерах Курляндского. Подача газа дозировалась при помощи шахтного интерферометра и U-образной градуированной трубки, заполненной дистиллированной водой. Для измерения содержания природного газа в камере Курляндского использовали газоанализатор - шахтный интерферометр ШИ-11. Для выявления катехоламинов (КА), серотонина (С) и гистамина (Г) использовали люминесцентно-гистохимические методы, количественно концентрации нейромедиаторов оценивались с помощью цитоспектрофлуориметрии [4, 10, 11].

Корреляционный анализ Пирсона применялся для нахождения связей (зависимостей) между нормально распределенными количественными признаками. Сила предполагаемой взаимосвязи между величинами определялась по значению коэффициента корреляции. Метод, использованный нами для определения корреляционных связей между биогенными аминами, описан в литературе [4].

Результаты исследования и их обсуждение

Люминесцентно-гистохимическое исследование структур легких интактной группы животных выявило люминесцирующие структуры, содержащие наибольшую концентрацию биоаминов: нервные волокна, альвеолярные и интерстициальные макрофаги, а также тучные клетки, что совпадало с данными литературы [6]. Анализируя полученные данные, удалось установить, что наибольшее содержание нейромедиаторов у интактных животных находится в нервных волокнах и интерстициальных макрофагах легких. Довольно значительное количество биоаминов содержат и тучные клетки (рис. 1-4). При исследовании на гистамин нам удалось его выявить во всех исследуемых структурах, кроме нервных волокон.

Рис. 1. Распределение нейромедиаторов в альвеолярных макрофагах легких в зависимости от опытной группы. Г - гистамин, КА - катехоламины, С - серотонин

При воздействии природным газом дозой в 0,1 ПДК (см. рис. 1-4) наблюдается резкое увеличение содержания нейромедиаторов во всех структурах, но, особенно, в тучных клетках. Исключение составляют нервные волокна, в которых содержание КА и С падает практически в 1,5 раза. Менее бурно реагируют альвеолярные макрофаги.

При воздействии природным газом в 1 ПДК (см. рис. 1-4) при исследовании на КА и С характерно резкое уменьшение содержания этих биоаминов во все исследуемых структурах, в сравнении с интактной группой животных. В то же время концентрация гистамина имеет тенденцию к росту. Более того, гистамин впервые появляется в нервных волокнах.

Рис. 2. Распределение нейромедиаторов в интерстициальных макрофагах легких в зависимости от опытной группы. Г - гистамин, КА - катехоламины, С - серотонин

Рис. 3. Распределение нейромедиаторов в тучных клетках легких в зависимости от опытной группы. Г - гистамин, КА - катехоламины, С - серотонин

Рис. 4. Распределение нейромедиаторов в нервных волокнах легких в зависимости от опытной группы. Г - гистамин, КА - катехоламины, С - серотонин

При воздействии природным газом в 10 ПДК (см. рис. 1-4) содержание нейромедиаторов во всех исследуемых структурах вновь увеличивается. При исследовании на гистамин оказалось, что его содержание либо снижается, либо остается на прежнем уровне, а в нервных волокнах он исчезает.

При исследовании взаимосвязи нейроаминов во внутриальвеолярных ГЛК у интактных крыс выявлено, что нейромедиаторные взаимодействия сильны во всех корреляционных парах, но между С и Г они отрицательные, что говорит о том, что эти биоамины или конкурируют между собой, или выделяются в разные периоды секреторного цикла этих клеток (таблица).

При 0,1 ПДК как во внутри альвеолярных и интерстициальных макрофагов, так и в тучных клетках взаимодействие между КА/С, КА/Г, С/Г сильное, но между С/Г эта связь отрицательная. Кроме того, в альвеолярных ГЛК корреляционная связь между КА и гистамином также становится отрицательной. В итоге при затравке природным газом в 0,1 ПДК данные корреляционного анализа изменяются мало, за исключением связи между КА/С, где они становятся отрицательными (см. таблицу). Отрицательная корреляционная связь обусловлена регуляторным фактором, но при этом условии уровень одного биоамина возрастает при убывании другого. Известно, что отрицательные связи между биогенными аминами существуют в форме так называемой конкуренции за место депонирования [4].

Корреляционный анализ в гранулярных люминесцирующих и тучных клетках в структурах легких при разных ПДК

Структуры

Интактные

0,1 ПДК

1 ПДК

10 ПДК

КА/С

КА/Г

С/Г

КА/С

КА/Г

С/Г

КА/С

КА/Г

С/Г

КА/С

КА/Г

С/Г

Альвеолярные макрофаги

0,6

0,85

-0,7

0,6

-0,9

-0,6

0,6

0,2

0,4

0,6

0,7

-0,9

Интерстициальные макрофаги

0,6

0,8

-0,75

0,6

0,8

-0,75

0,5

0,5

0,95

0,6

0,9

-0,7

ТК

0,7

0,9

-0,7

0,7

0,9

-0,7

0,6

0,4

0,6

0,6

0,7

-0,8

При исследовании взаимосвязи нейромедиаторов во внутриальвеолярных ГЛК после затравки газом в 1 ПДК корреляционные взаимодействия ослабляются как между КА/Г, так и между С/Г. В интерстициальных ГЛК усиливается связь между С/Г и становится положительной. Сильная положительная корреляционная связь означает одновременное повышение концентрации каждого биоамина в корреляционной паре, что по всей видимости связано с одномоментным процессом синтеза этих веществ в клетках. Мы полагаем, что синтез нейромедиаторов идет при непосредственном участии адренергического звена вегетативной нервной системы. В тучных клетках ослабляется связь между КА/Г, а между С/Г связь становится положительной, т.е. эти два медиатора действуют одновременно на одни и те же структуры. Резюмируя данные по корреляционному анализу в этой группе экспериментальных животных, можно сказать, что воздействие природным газом в 1 ПДК на изучаемые клетки оказывается значительным. Изменению подвергаются все изучаемые клетки по связям КА/Г и С/Г. Соглашаясь с литературными данными [4, 5], мы можем сказать, что, очевидно, происходит изменение как в цитодифференцировке клеток, так и в ее направлении.

При затравке природным газом в 10 ПДК корреляционные взаимодействия изменены между КА и Г, они становятся еще более отрицательными во всех изучаемых нами клетках легких между С/Г (см. таблицу).

Заключение

Уже при воздействии природным газом дозой 0,1 ПДК происходят изменения биоаминного статуса люминесцентных структур легких. Наиболее показательны структурные преобразования, происходящие после воздействия природным газом с концентрацией, равной ПДК. В этом случае происходит накопление гистамина в макрофагах и одновременно усиливается синтез биологически активных веществ. Просветы альвеол заполняются биогенными аминами. Появляются лимфоциты, макрофаги, нейтрофилы. При 10 ПДК внешне содержание биогенных аминов как бы приходит к уровню интактных животных, но резко изменяются корреляционные связи, они изменяют свой знак, поэтому мы можем предположить, что происходит полная разбалансировка регуляции органа, возможно, изменяется секреторный цикл эндокриноподобных клеток, и изучаемые биогенные амины начинают взаимодействовать несогласованно. Итогом воздействия природного газа являются признаки воспаления [3, 7]. Кроме того, увеличивается число лимфоцитов, причем с увеличенным содержанием гистамина, и определяются в большом числе макрофаги. Очевидно, активизируется гуморальное звено иммунной системы организма [5, 8].

Рецензенты:

  • Денисова Т.Г., д.м.н., профессор, проректор по научной работе и международным связям АУ Чувашии «Институт усовершенствования врачей» Минздравсоцразвития Чувашской Республики, г. Чебоксары;
  • Гурьянова Е.А., д.м.н., доцент, заведующая сектором КУ «Центр ресурсного обеспечения» Министерства здравоохранения и социального развития, г. Чебоксары.

Работа поступила в редакцию 03.08.2012.