Арташян Ольга Сергеевна СИСТЕМА ТУЧНЫХ КЛЕТОК ПРИ

На правах рукописи
Арташян Ольга Сергеевна
СИСТЕМА ТУЧНЫХ КЛЕТОК ПРИ ДЕЙСТВИИ
НА ОРГАНИЗМ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ
ФАКТОРОВ
03. 00. 13 – физиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Екатеринбург – 2006
2
Работа выполнена в Уральском государственном университете им. А.М.
Горького, Институте иммунологии и физиологии Уральского отделения
Российской Академии Наук
Научный руководитель:
доктор медицинских наук, профессор
Юшков Борис Германович
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук, профессор
Попов Геннадий Константинович
доктор биологических наук
Ковальчук Людмила Ахметовна
Ведущая организация:
ГОУ ВПО «Тюменский
государственный университет»
Министерства образования и науки РФ
Защита состоится «___»__________ 2006 года в ____ часов на заседании
диссертационного совета Д 004.027.01 при Институте иммунологии и
физиологии УрО РАН по адресу: 620041 г. Екатеринбург, ул. Первомайская, д.
91.
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке УрО
РАН по адресу: 620041 г. Екатеринбург, ГСП-593, ул. Софьи Ковалевской /
Академическая, 22/20.
Автореферат разослан «__» __________ 2006 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор медицинских наук
Тузанкина Ирина Александровна
3
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Проблема адаптации организма к действию
экстремальных факторов и сегодня остается одной из важнейших в биологии,
физиологии и медицине, что объясняется увеличением воздействий на
организм антропогенных и экологически неблагоприятных факторов.
Современная физиология располагает значительными фактическими
данными, отражающими разные стороны адаптации организма к действию
экстремальных факторов [Селье Г, 1960, Юшков и соавт., 1999]. Достаточно
хорошо исследована роль нервной системы, накоплены обширные данные,
касающиеся эндокринной регуляции адаптивных реакций, в последние годы
широко обсуждается роль иммунной системы в этих процессах [Струков А.И.,
1981, Фрейдлин И.С., 2001]. Однако обращает на себя внимание чрезвычайная
неравномерность в исследованиях касающихся иммунологических механизмов
повышения резистентности организма к неблагоприятным воздействиям. Дана
достаточно детальная характеристика роли различных типов лимфоидных
клеток в регуляции регенерации тканей и метаболических процессов [Бабаева
А.Г.,
1995,
Данилова
И.Г.,
2006].
Обсуждается
значение
системы
фагоцитирующих мононуклеаров для этих процессов. В тоже время,
практически совершенно не исследованы тучные клетки, несмотря на то, что
уже Г.Селье [H. Selye, 1966] отметил их участие в формировании общего
адаптационного
повышении
синдрома,
реактивности
а
и
клиническая
снижении
практика
свидетельствует
резистентности
организма
о
при
аллергических реакциях немедленного типа, в которых мастоциты играют
центральную роль.
Лишь в последние годы тучные клетки все больше стали привлекать
внимание исследователей. Это обусловлено тем, что этот тип клеток широко
представлен практически во всех органах и тканях, они участвуют во многих
физиологических реакциях, выделяя разнообразные биологически активные
4
вещества.
Получило широкое признание представление о том, что тучные клетки
являются гетерогенной популяцией, отличающейся по морфологическим и
функциональным
свойствам.
Предполагается,
что
при
попадании
предшественников тучных клеток в ту или иную ткань они дифференцируются и
микроокружение определяет их окончательный фенотип [Dastych J. et al., 1999].
Приведенные данные дают основание высказать гипотезу, что разные типы
тучных клеток образуют единую систему регуляции различных физиологических
функций организма, играющую важную роль в патогенезе многих заболеваний, и
в
адаптации
к
действию
экстремальных
факторов.
Экспериментальное
подтверждение этого предположения требует одновременного исследования
тучных клеток в различных органах и тканях, как в физиологических условиях,
так и при экстремальных воздействиях на организм, а также различных
патологических процессов. Однако имеющиеся данные относятся лишь к клеткам
поврежденной
ткани
и
редко
соотносятся
с
мастоцитами
органов
непосредственно в патологию не вовлеченными.
Таким образом, несмотря на интенсивное изучение тучных клеток, и
накопленный материал об их происхождении, развитии, фенотипической и
функциональной гетерогенности, многие вопросы о роли мастоцитов
разных
тканей в физиологических условиях и при действии на организм экстремальных
факторов, не раскрыты до сих пор.
Цель исследования: Изучить морфофункциональное состояние тучных
клеток в различных тканях крыс (костный мозг, тимус, кожа, надпочечники,
желудок, кишечник, печень) при экстремальных воздействиях на организм.
Задачи исследования:
1. Дать морфофункциональную оценку тучных клеток в костном мозге, тимусе,
надпочечниках,
коже,
желудке,
физиологических условиях.
тонкой
кишке,
печени
крыс
в
5
2. Исследовать количественные изменения и функциональную активность
системы тучных клеток при действии на организм различных экстремальных
факторов:
кровопотери,
гипоксии,
частичной
гепатэктомии,
иммобилизационного стресса.
3. На примере резекции печени исследовать состояние тучных клеток в
поврежденном органе в процессе его регенерации.
4. Исследовать связь тучных клеток с формированием соединительнотканной
капсулы при воспалении.
5. Провести сравнительный анализ реакции тучных клеток разных тканей при
действии экстремальных факторов.
6. Оценить некоторые механизмы регуляторного влияния надпочечников на
реакцию системы тучных клеток при действии экстремальных факторов.
Научная новизна. Впервые проведен сравнительный анализ популяции
тучных клеток крыс различных тканей в физиологических условиях и при
действии на организм экстремальных факторов. Показано, что в реакциях
тучных клеток при действии различных экстремальных факторов важное место
занимает миграция клеток из костного мозга и тимуса в периферические
органы и ткани – желудочно-кишечный тракт, печень, надпочечники.
Установлено, что реакция мастоцитов проявляется в виде тотальной
дегрануляции. При этом секреция тучных клеток имеет отчетливо выраженный
регуляторный характер и проявляется направленным к клеткам-мишеням
выделением биологически активных веществ. Доказано, что ответ тучных
клеток на стресс носит системный характер и наблюдается как в органах
определяющих развитие стресс-реакции (тимус, костный мозг, надпочечники,
желудок, двенадцатиперстная кишка, печень), так и в органах прямо не
участвующих в ней (кожа). При этом, на выраженность реакции тучных клеток
влияет тканевая специфика и общее состояние организма.
6
Теоретическая и практическая значимость работы.
Результаты исследования носят фундаментальный характер и позволяют
расширить существующие представления о роли системы тучных клеток в
формировании адаптивных и компенсаторных реакций при действии на
организм экстремальных факторов. Продемонстрировано, что тучные клетки
участвуют в регуляции различных физиологических и патологических
процессов, в частности оказывают влияние на регенерацию поврежденных
тканей.
Реакция
системы
тучных
клеток
носит
системный
характер,
проявляется в перераспределении мастоцитов между тканями, за счет их
миграции и в тотальной дегрануляции, с секрецией физиологически-активных
веществ. Представление о единой системе тучных клеток, позволяет по-новому
взглянуть на патогенез многих заболеваний и создает теоретическую основу
для совершенствования методов их лечения.
Положения, выносимые на защиту.
1. Тучные клетки различных органов и тканей формируют единую систему,
состоящую
из
центрального
отдела
(костный
мозг,
тимус)
и
периферического отдела (кожа, желудок, кишечник, печень, надпочечники).
2. Популяция тучных клеток представляет собой регуляторную систему,
которая наряду с нервным и эндокринным влиянием, обеспечивает
устойчивость организма к действию неблагоприятных факторов.
3. Реакция системы тучных клеток на экстремальные воздействия включает в
себя стрессорный компонент, в виде миграции мастоцитов из центрального
отдела в периферический
специфический
-
регуляция
и их тотальную дегрануляцию, а также
репаративных
процессов
поврежденных
органов.
4. Физиологический эффект тучных клеток определяется тканью, в которой
они локализованы и зависит от состояния эндокринной системы.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации
доложены и обсуждены на II Межвузовской научно-практической конференции
7
аспирантов и соискателей «Философия и наука» (Екатеринбург, 2003 г.); XIX
Съезде Физиологического Общества им. И.П.Павлова (Екатеринбург, 2004 г.);
III Российском конгрессе по Патофизиологии «Дизрегуляционная патология
органов и систем» (Москва, 2004 г.); V Сибирском Физиологическом Съезде
(Томск, 2005 г.); XI Межвузовской конференции молодых ученых «Актуальные
проблемы патофизиологии» (Санкт-Петербург, 2005 г.); XI Всероссийской
научно-практической конференции с международным участием «Молодые
ученые в медицине» (Казань, 2006 г.). По теме диссертации опубликовано 12
работ.
Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационной
работы используются в учебном процессе на кафедре физиологии человека и
животных Уральского государственного университета им. А.М. Горького, на
кафедре
физиологии
и
безопасности
жизнедеятельности
Российского
государственного профессионально-педагогического университета, а также в
научных
разработках
лаборатории
Иммунофизиологии
Института
иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской Академии Наук.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи
глав, обсуждения результатов и выводов. Работа изложена на 187 страницах
печатного текста, содержит 39 таблиц и 42 рисунка. Библиографический
указатель включает 383 названия (198 зарубежных и 185 отечественных).
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Методические вопросы исследования. Работа выполнена на 170 белых
беспородных крысах – самцах, массой 150-200 г. В качестве экстремальных
факторов использовали – кровопотерю, гипоксическую гипоксию, частичную
гепатэктомию, воспаление, иммобилизационный стресс.
Постгеморрагическую анемию вызывали острым кровопусканием у крыс
из хвостовой вены. Величина кровопотери составляла 2 % от массы тела
животного [Юшков Б.Г. и соавт., 1999].
8
Гипоксические условия создавались в барокамере с разрежением воздуха
до 40,98 кПа, что соответствует "высоте" 7000 м [Ван Лир Э., 1967], при
скорости «подъема» и «спуска» 306 кПа в мин. Животные подвергались либо
однократному воздействию в течение 6 часов, либо на протяжении 7 дней, по 6
часов ежедневно («прерывистая» гипоксия) [Юшков Б.Г. и соавт., 1999].
Репаративную регенерацию печени индуцировали удалением 2/3 массы
органа [G. M. Higgins, R. M. Anderson, 1931]. Для оценки регенераторных
процессов печени были использованы морфологические характеристики (масса
органа, процентное содержание сухого вещества в ткани) и ряд гистологических
методик, характеризующих клеточную и внутриклеточную типы регенерации
(митотический индекс; количество двуядерных клеток на 1000 гепатоцитов;
размеры
гепатоцитов;
ядерно-цитоплазматический
индекс;
количество
гепатоцитов на площади 1 мм2; количество лимфоцитов на площади 1 мм2).
Воспаление
вызывали
введением
подкожно
стерильной
полихлорвиниловой трубки. Динамику формирования соединительнотканной
капсулы изучали на протяжении 6 недель.
В качестве стрессорного фактора применяли иммобилизацию крыс (с
сохраненными и удаленными надпочечниками) на операционном столике на
спине в течение 6 часов однократно [Селье Г., 1960].
Для гистологического исследования и оценки морфофункциональной
активности тучных клеток
забиралась кожа, желудок, двенадцатиперстная
кишка, печень, надпочечники, тимус, костный мозг (из бедренной кости).
Гистологические препараты для морфологических исследований готовили
общегистологическими
методами,
окрашивали
гематоксилин-эозином,
пикрофуксином по Ван-Гизон, для определения тучных клеток - основным
коричневым по Шубичу [Шубич М.Г., 1961], азуром II и толуидиновым синим
рН=2,0
[Авцын
А.П.,
1971].
Исследование
препаратов
проводили
светооптически на микроскопе «Micros 400» при увеличении в 400 раз. Подсчет
клеток
производили
с
помощью
окулярной
стереометрической
сетки
9
Автандилова [Автандилов Г.Г., 1990], с последующим перерасчетом на единицу
площади S=1 мм2.
Выделяли 4 типа тучных клеток: 1) «1» тип – низкое содержание гранул в
цитоплазме, располагающиеся околомембранно; 2) «2» тип - среднее
содержание гранул, располагающиеся диффузно; 3) «3» тип - крупные клетки, с
плотным и диффузным расположением гранул в цитоплазме; 4) «0» тип дегранулированные
клетки
с
признаками
нарушения
целостности
цитоплазматической мембраны.
Степень дегрануляции оценивали как отношение числа «0» типа клеток к
общему числу анализируемых клеток, выраженное в процентах. Включение
гранул
цитоплазмы
тучных
клеток
оценивали
с
помощью
среднего
гистохимического коэффициента, который рассчитывается по формуле J.Astaldi
и L.Verga [Терентьева Э.И., 1968]: (За + 26 +1в + 0г)/100. Буквы (а-г)
обозначают количество клеток с определенной интенсивностью реакции.
Цифры (3-0) характеризуют степень интенсивности окрашивания, т.е. +++ (3+),
++ (2+), + (1+) и 0. Цифра 100 в знаменателе соответствует общему количеству
подсчитанных клеток этой группы.
Статистическую
обработку
результатов
проводили,
используя
компьютерную программу «Microsoft Excel» и «Статистика». Вычислялось
среднее, стандартное отклонение, ошибка среднего. Для оценки значимости
различий между группами использовали следующие методы: Т - критерий
Стьюдента, дисперсионный анализ, с последующим попарным сравнением с
помощью критерия Дункана, критерий Красела-Уоллиса и критерий МаннаУитни, затем находили вероятность ошибки (р). При р<0,05 различия между
средними считались достоверными.
Результаты исследования и их обсуждение.
Полученные данные свидетельствуют о том, что популяция тучных
клеток у интактных крыс характеризуется относительно небольшой величиной,
морфологическим
и
функциональным
разнообразием,
а
также
10
неравномерностью их распределения в различных органах и тканях организма,
таблица 1.
Таблица 1.
2
Количество (кл/1 мм ) и функциональная характеристика тучных клеток в
разных органах у интактных крыс
Кожа
Желудок
Кишка
Печень
Надпоче
чник
Тимус
3+
962±155,3
20,2±2,05
4,11±1,64
11,01±5,1
58,01±16,85
374,11±93,8
123±20,01
2+
1+
270±87,86
16±11,26
15,6±6,65
18±8,01
38,21±10,19
258±85,98
156±26,02
60±21,21
23,8±9,11
42,6±7,12
41±8,03
4,11±3,99
74,1±20,14
145±24,01
0
Общее
кол-во,
S=1мм2
Степень
дегрануля
ции, %
Средний
гистохим.
коэфф.
34,6±6,25
5,2±3,18
5,2±3,18
13±5,01
6,12±2,44
92,3±26,34
95±16,02
1326,6±
233,13
65,2±17,2
67,4±6,37
83,1±19,2
106,45±17,4
798,5±160,3
520±88,21
2,6±0,7
7,97±1,43
7,71±3,94
15,29±4,1
5,66±2,47
11,52±4,06
18,26±0,21
2,63±0,04
1,79±0,16
1,27±0,13
1,32±0,12
2,39±0,13
2,14±0,11
1,59±0,12
Костный
мозг
Наибольшее количество мастоцитов обнаруживается в коже, тимусе и
костном мозге, наименьшее в капсуле надпочечников, печени и желудочнокишечном тракте. Они характеризуются различной формой, размерами и
локализацией в тканях. Синтетическая активность интенсивнее выражена в
тучных клетках соединительной ткани кожи и капсулы надпочечников. В
костном мозге, тимусе и печени тучные клетки активно дегранулируют.
Дегрануляция мастоцитов, в основном, имеет направленный характер секреции
гранул, в сторону клетки мишени (рисунок 1).
11
А
Б
Рисунок 1. А - дегрануляция тучной клетки в просвет сосуда, кожа;
Б - дегрануляция тучной клетки в сторону тимоцитов, вилочковая железа,
окраска азур II, х5000
Реакция тучных клеток на различные экстремальные воздействия
проявляется во всех исследованных тканях.
Тучные клетки системно реагируют на кровопотерю и гипоксическую
гипоксию. Реакция мастоцитов на эти воздействия однонаправлена, имеются
лишь различия в степени ее выраженности в разных органах и тканях, вероятно
зависящие от специфики экстремального фактора.
На ранних сроках после кровопотери и гипоксии происходит изменение
концентрации тучных клеток в тканях, таблица 2.
Таблица 2.
Плотность тучных клеток при кровопотере и гипоксии, S=1мм2
Кровопотеря Кровопотеря
Гипоксия
Гипоксия
6ч
2 сут
6ч
7 сут.
1326±233,13
1743±203,42 1200,8±139,79 541,2±47,6* 1280±230,01
кожа
65,2±17,17
472±52,11*
443,25±9,08* 268,2±24,31* 589±102,5*
желудок
67,4±6,37
1063,6±78,7*
128,6±47,55 331,2±26,18* 457±83,2*
кишка
83±19,2
388±53,1*
255±125,2
325,2±51,01* 275±56,3*
печень
437±34,94*
238±22,83*
256,2±5,8*
263±46,5*
надпочечник 106,45±17,49
798,51±160,29 414±28,43*
466,8±127,14
432±44,39*
626±107,2
тимус
костный мозг
520±88,01
566±75,02
420±27,3
263±11,2*
203±12,24*
Примечание: * - различие от контроля достоверно (р<0,05)
Органы
Контроль
Логичным объяснением механизма изменения количества тучных
клеток
в изучаемых тканях является их миграция из органов, где тучные
клетки образуются (костный мозг) и накапливаются (тимус), в периферические
органы и ткани (печень, надпочечники, кишка, желудок).
12
В ответ на кровопотерю и гипоксию в большинстве тканей происходит
усиление дегрануляции тучных клеток, таблица 3.
Таблица 3.
Степень дегрануляции тучных клеток при кровопотере и гипоксии, %
Органы
кожа
желудок
кишка
печень
надпочечник
тимус
костный мозг
Кровопотеря
Кровопотеря
Гипоксия
6ч
2 сут
6ч
2,6±0,73
24,20±3,80*
11,07±2,03*
44,78±5,24*
7,78±5,43
44,83±5,96*
34,98±10,00* 56,07±9,28*
7,69±3,94
23,03±0,88*
86,82±7,01*
61,21±7,45*
53,99±14,77*
15,29±4,10
45,1±4,71*
30,58±12,02
5,66±2,47
7,78±0,85
8,4±2,01
44,18±5,81*
11,52±4,06
24,63±4,56*
44,32±8,01*
49,95±5,62*
18,26±0,21
13,6±0,12*
12,85±0,26*
3,04±0,03*
Примечание: * - различие от контроля достоверно (р<0,05)
Контроль
Гипоксия
7 сут.
29,68±4,62*
22,58±4,23*
41,8±4,8*
34,54±2,1*
17,49±5,46*
17,25±2,62
11,82±1,17*
Кроме того, практически во всех исследованных тканях на раннем сроке
после воздействий происходит спад процесса накопления гранул в цитоплазме
мастоцитов, а на поздних сроках - намечается тенденция к увеличению этого
показателя и приближения его к физиологической норме, таблица 4.
Таблица 4.
Средний гистохимический коэффициент тучных клеток при кровопотере и гипоксии
Органы
кожа
желудок
кишка
печень
надпочечники
тимус
костный мозг
Контроль
Кровопотеря
6ч
Кровопотеря
2 сут
Гипоксия
6ч
Гипоксия
7 сут
2,63±0,04
1,03±0,04*
1,49±0,17*
0,91±0,16* 1,16±0,23*
1,79±0,16
0,68±0,1*
1,09±0,18*
0,71±0,16*
1,61±0,01
1,27±0,13
1,06±0,02
0,31±0,27
0,46±0,09* 0,76±0,08*
1,32±0,12
0,78±0,03*
1,05±0,36
0,53±0,16*
1,06±0,05
2,39±0,13
1,96±0,09
1,61±0,16*
0,77±0,1*
1,7±0,04*
2,14±0,11
1,58±0,12*
0,81±0,04*
0,79±0,09*
1,97±0,2
1,59±0,12
1,35±0,18
1,79±0,14
1,13±0,11
1,32±0,12
Примечание: * - различие от контроля достоверно (р<0,05)
Вместе с тем, в отличие от кровопотери во время действия импульсной
гипоксии наблюдается фазность в реакциях тучных клеток. Ранняя реакция на
гипоксию характеризуется интенсивной миграцией тучных клеток и активацией
их дегрануляции. При увеличении длительности действия импульсной
гипоксии, до 7-х суток, уровень дегрануляции мастоцитов во всех изученных
тканях приближается к физиологической норме. В то время как содержание
тучных клеток в разных тканях, изменяется по-разному. В одних органах (кожа,
13
тимус) происходит адаптация к гипоксии, и количество мастоцитов здесь
практически не отличается от показателей интактных животных. В других
тканях (печень, надпочечники) не происходит видимых количественных
изменений тучных клеток по сравнению с ранней реакцией. И в третьих тканях
(кишка, желудок, костный мозг) отмечается усиление физиологического
эффекта со стороны мастоцитов, а именно из костного мозга клетки
продолжают убывать, а в желудок и кишечник – поступать (таблица 2).
Данные, полученные при частичной гепатэктомии, свидетельствуют о
том, что тучные клетки принимают участие в регуляции репаративной
регенерации печени. Уже через 4 часа, в деструктивно-реактивную фазу, в
печени возрастает число тучных клеток, они морфологически отличаются от
клеток печени у интактных животных: в норме мастоциты мелкие, с низким
содержанием гранул в цитоплазме, после резекции отмечается большое
количество крупных клеток, с насыщенной гранулами цитоплазмой. В норме
мастоциты печени дегранулируют более интенсивно, чем в других тканях.
Степень дегрануляции и после операции остается на уровне интактных
животных.
В пролиферативную фазу (через 17 часов) количество тучных клеток
снижается, вероятно, в результате дегрануляции и распада части клеток,
степень дегрануляции и средний гистохимический коэффициент остаются
повышенными (рисунок 2, рисунок 3). При этом в органе отмечается усиление
внутриклеточных регенераторных процессов, развитие отека органа и активная
миграция лимфоцитов (таблица 5, таблица 6).
Таблица 5.
Показатели регенераторных процессов в печени крыс после частичной
гепатэктомии
Срок эксперимента
Масса печени, мг
Сухая масса, мг
Вода, мг
Расчетный остаток
3746,90±157,58
1581,20±66,5
2165,7±91,0
печени (0 часов)
2850,00±142,35*
812,84±83,84*
2037,16±64,69
4 часа
,
1620,30±149,74**
3612,2±354,6*,**
5232,5±487,4* **
17 часов
Примечание: * - различие с контролем достоверно (р<0,05),
**- различие с 4 ч достоверно (р<0,05).
14
Таблица 6.
Гистологические показатели печени крыс после частичной гепатэктомии
Срок эксперимента
Интактные
4 часа
17 часов
Количество гепатоцитов на 1 мм
2318±71
3223±433
1953±76*,**
Размер гепатоцитов, мкм
22,85±0,39
19,93±1,29*
25,12±0,52*,**
Размер ядра гепатоцитов, мкм
6,28±0,12
7,33±0,09*
8,75±0,28*,**
Количество двуядерных клеток, %
15,4±1,43
25,00±3,18*
15,75±2,06**
Ядерно-цитоплазматический индекс
0,270±0,006
0,373±0,020*
0,349±0,008*
Митотический индекс, %
0,52±0,33
0,25±0,25
0,25±0,25
2
Количество лимфоцитов на 1 мм
75,0±6,5
280±48*
133±40**
Примечание:* - различие с контролем достоверно (р<0,05),
**- различие с 4 ч достоверно (р<0,05).
2
Поскольку при гепатэктомии меняется общее состояние организма, то
функциональная активность тучных клеток изменяется также и в других
тканях. Так в желудке и кишечнике наблюдается увеличение количества
тучных клеток, которое сопровождается их активной дегрануляцией, особенно
в
кишечнике.
незначительное
В
надпочечниках
увеличение
реакция
количества
выражена
мастоцитов
не
слабее
и
здесь
сопровождается
изменением их функциональной активности. Тучные клетки кожи активно
дегранулируют в ответ на резекцию печени. В ткани тимуса наблюдается
Плотность тучных клеток,кл./1мм2
уменьшение общего количества мастоцитов (рисунок 2, рисунок 3).
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
кожа
контроль
желудок
кишка
печень
через 4 ч после резекции печени
надпочечники
тимус
через 17ч после резекции печени
Рисунок 2. Плотность тучных клеток в разных органах при частичной гепатэктомии,
S=1 мм2
Примечание: * - различие от контроля достоверно (р<0,05)
15
Степень дегрануляции,%
80
70
60
50
40
30
20
10
0
кожа
желудок
контроль
кишка
печень
через 4 ч после резекции печени
надпочечники
тимус
через 17ч после резекции печени
Рисунок 3. Дегрануляция тучных клеток разных органов при частичной гепатэктомии
Примечание: * - различие от контроля достоверно (р<0,05)
В целом, реакция системы тучных клеток на частичную гепатэктомию,
кровопотерю и гипоксию однотипна и проявляется в перераспределении
мастоцитов между тканями и усилении процессов дегрануляции.
Как известно, тучные клетки играют одну из ведущих ролей в
воспалительном
процессе,
прежде
всего
в
формировании
соединительнотканной капсулы.
При введении подкожно стерильной трубки полихлорвиниловой природы
формируется очаг воспаления. Полученные результаты свидетельствуют, что на
начальных этапах воспаления (2 недели), тучные клетки мигрируют в область
имплантации основы, а по мере формирования соединительнотканной капсулы
усиливаются процессы их дегрануляции. Дегрануляция влияет на содержание
тучных клеток в формирующихся капсулах. На 4 неделе содержание
мастоцитов в капсуле уменьшается, что можно объяснить их активной
дегрануляцией с дальнейшим распадом. На сроке 6 недель концентрация
мастоцитов в капсуле увеличивается и достигает уровня 2-х недель, вероятно, в
результате миграции новых клеток (таблица 7).
Как
известно,
тучные
клетки,
усиливают
синтез
коллагена
фибробластами. В формирующейся капсуле пик этого процесса приходится на
4 недели, в это время она представляет собой соединительнотканное
16
волокнистое образование и именно на этом сроке функциональная активность
мастоцитов (степень дегрануляции) является максимальной, а содержание
фибробластов остается на высоком уровне (таблица 7).
Таблица 7.
Характеристика соединительнотканных капсул на разных сроках
Сроки
2 недели
Характеристика тучных клеток
3+ (кл./1 мм2)
87 ± 16,2
2
2+ (кл./1 мм )
134 ± 11,01
2
1+ (кл./1 мм )
130 ± 13,8
2
0 (кл./1 мм )
86 ± 12,05
Общее
количество,
(кл./1мм2)
Степень
дегрануляции, %
Средний
гистохимический
коэффициент
4 недели
6 недель
22,7 ± 5,83*
74,9 ± 5,99
62,3 ± 16,36*
95 ± 25,17
52 ± 15,12**
80 ± 12,08
134 ± 22,12**
128 ± 17,3
437 ± 37,02
254,9 ± 22,03*
394 ± 28,05**
18,49 ± 3,24
37,26 ± 7,39*
33,44 ± 5,14*
1,51 ± 0,05
1,11 ± 0,01*
1,14 ± 0,12*
Характеристика соединительнотканной капсулы
Толщина стенки, мм
0,13 ± 0,01
0,1 ± 0,01
0,11 ± 0,01
Кол-во клеток на 1 мм2
8546 ± 330
5746 ± 160*
5990 ± 170 *
Фибробласты + фиброциты
6920 ± 70
5320 ± 160*
3870 ± 880*,**
Лимфоциты
770 ±40
260 ± 110*
490 ± 20**
Сегментоядерные нейтрофилы
820 ± 330
90 ± 60*
1520 ± 650**
Макрофаги
30 ± 20
70 ± 50
50 ± 30
Примечание: * - различие с контролем достоверно (р<0,05),
**- различие с 4 нед. достоверно (р<0,05).
Из сравнительного исследования капсул, образованных на 4 неделе у
нормальных крыс и животных с частичной гепатэктомией, следует, что
уменьшение массы печени, а, следовательно, и изменение ее физиологических
функций, влияет как на величину тучноклеточной популяции, так и на
формирование соединительнотканной капсулы. Частичное удаление печени,
прежде всего, стимулирует миграцию мастоцитов в очаг воспаления и
увеличение числа фибробластов и фиброцитов (таблица 8).
17
Таблица 8.
Характеристика соединительнотканных капсул через 4 недели при изменении
функционального состояния печени
Контроль
Резекция печени
Характеристика тучных клеток
3+ (кл./1мм2)
22,7±5,83
156,6±34,21*
2
2+ (кл./1мм )
74,9±5,99
80±22,21
2
1+ (кл./1мм )
62,3±16,36
106,6±36,57
2
0 (кл./1мм )
95±25,17
121,6±30,89
Общее
количество,
(кл./1мм2)
Степень
дегрануляции, %
Средний
гистохимический
коэффициент
254,9±22,03
465±80,26*
37,26±7,39
26,16±8,11
1,11±0,01
1,58±0,13
Характеристика соединительнотканной капсулы
Толщина стенки, мм
0,1±0,01
2
Кол-во клеток на 1 мм
5746±160
0,03±0,001*
16220±0,01*
5320±160
16220±0,01*
Лимфоциты
260±110
0*
Сегментоядерные нейтрофилы
90±60
0*
Макрофаги
70±50
0*
Примечание:* - различие с контролем достоверно (р<0,05).
Фибробласты + фиброциты
Сходство реакций системы тучных клеток на описанные выше
экстремальные воздействия дают основание рассматривать ее в качестве
элемента общего адаптационного синдрома. С целью экспериментальной
проверки этой гипотезы проведены исследования мастоцитов различных тканей
при иммобилизационном стрессе у животных с сохраненными и удаленными
надпочечниками.
Полученные данные свидетельствуют, что типичной реакцией со стороны
тучных клеток на иммобилизационный стресс является тотальная дегрануляция
тучных клеток и их перераспределение между тканями.
Перераспределение подвижных клеток между тканями при стрессе можно
рассматривать в качестве важного компонента адаптационного синдрома.
Согласно данным наших исследований, наряду с миграцией лимфоцитов из
18
лимфоидных органов в костный мозг в результате воздействия на организм
экстремального фактора [Горизонтов П.Д., 1983, Гольдберг Е.Д., 1999], имеет
место миграция тучных клеток в противоположном направлении: из костного
мозга и тимуса в периферические ткани и органы.
Реакция тучных клеток при стрессе зависит от гипоталамо-гипофизарнонадпочечниковой системы, поскольку удаление надпочечников ослабляет или
отменяет вообще, миграцию мастоцитов в такие органы, как кожа, желудок,
кишка, печень (рисунок 4).
плотность тучных клеток, S=1 мм2
2500
2000
1500
1000
500
0
кожа
желудок
контроль
кишка
ИС 6ч
ИС 2сут
печень
тимус
костн.мозг
ИС+АЭ 6ч
ИС+АЭ 2сут
Рисунок 4 - Плотность тучных клеток в разных тканях при иммобилизационном
стрессе, S=1 мм2
Примечание: * - различие от контроля достоверно (р<0,05)
Кроме того, надпочечники оказывают влияние на функциональную
активность тучных клеток, усиливая их дегрануляцию, в наибольшей степени в
тканях, где мастоциты образуются и накапливаются, а именно в костном мозге,
тимусе и коже (рисунок 5).
19
степень дегрануляции, %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
кожа
желудок
контроль
кишка
ИС 6ч
ИС 2сут
печень
тимус
костн.мозг
ИС+АЭ 6ч
ИС+АЭ 2сут
Рисунок 5 - Дегрануляция тучных клеток в разных органах при иммобилизационном
стрессе
Примечание: * - различие от контроля достоверно (р<0,05)
Синтетическая активность мастоцитов в указанных выше органах также
средний гистохимический коэффициент
находится под влиянием гормонов надпочечников (рисунок 6).
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
кожа
желудок
контроль
кишечник
ИС 6 ч
ИС 2 сут
печень
ИС+АЭ 6 ч
тимус
костн.мозг
ИС+АЭ 2 сут
Рисунок 6 - Синтетическая активность тучных клеток в разных органах при
иммобилизационном стрессе
Примечание: * - различие от контроля достоверно (р<0,05)
Таким образом, тучные клетки исследованных тканей характеризуются
различной чувствительностью к гормонам надпочечников, что находит свое
отражение в разной их реакции на иммобилизационный стресс. Возможно, это
обусловлено гетерогенностью популяции мастоцитов в организме и различиями
в модулирующем влиянии тканей, в которых они локализованы.
20
На основании проведенных исследований можно предложить общую
схему реакции системы тучных клеток на экстремальные воздействия (рисунок
7).
Экстремальный фактор
стресс
повреждение
гипоталамус
гипофиз
надпочечники
костный
мозг
миграция
дегрануляция
кожа
ЖКТ
тимус
печень
очаг
воспаления
поврежденный
орган
Рисунок 7 – Общая схема реакции системы тучных клеток при действии на
организм экстремальных факторов
по данным собственных исследований
по данным литературы
Экстремальные факторы, воздействуя на организм, оказывают двоякое
действие, с одной стороны – неспецифическое или стрессорное, а с другой –
специфическое для каждого фактора.
Специфичность реакции состоит в миграции тучных клеток в
повреждаемую экстремальным фактором ткань, участие в воспалении и
21
восстановлении поврежденных структур, что определяет локальный ответ на
экстремальное воздействие.
Реакция мастоцитов на стрессорный компонент экстремального фактора
носит
генерализованный
характер.
Происходит
активация
гипоталамо-
гипофизарно-надпочечниковой системы, что влечет за собой повышенный
синтез гормонов надпочечников, которые влияют на функции тучных клеток.
Реакция мастоцитов проявляется в виде двух основных процессов – тотальной
дегрануляции и миграции из органов, где они образуются (костный мозг) и
накапливаются (тимус), в органы и ткани, играющие центральную роль в
формировании общего адаптационного синдрома и обладающие высоким
уровнем интенсивности пролиферативных, ферментативных и метаболических
процессов (печень, надпочечники, кишка, желудок). В коже, органе, участие
которого в стресс-реакции не столь значительно, ответ тучных клеток
выражается лишь их дегрануляцией.
Дегрануляция мастоцитов сопровождается выбросом биологически
активных веществ, эффект которых зависит от ткани, в которой локализованы
тучные клетки.
Таким образом, система тучных клеток универсальна, ее работа
проявляется как на местном, так и на общем уровне. Реакция тучных клеток в
дальнейшем определяет ход таких процессов как регенерация, изменение
микроциркуляторного русла, восстановление микроокружения, что важно для
регуляции процессов, как в физиологических условиях, так и для выработки
адаптационных механизмов под воздействием стрессоров.
ВЫВОДЫ
1. Тучные клетки, несмотря на отличия, проявляющиеся в морфологическом
разнообразии,
степени
функциональной
активности
и
различном
представительстве в органах и тканях организма, представляют собой
единую
систему,
в
которой
можно
выделить
центральный
отдел,
представленный костным мозгом и вилочковой железой, и периферический
22
отдел – тучные клетки разных органов и тканей. При действии
экстремальных
факторов
повышается
миграция
тучных
клеток
из
центральных отделов системы в периферические.
2. Реакция тучных клеток на действие экстремальных факторов проявляется в
тотальной дегрануляции. Секреция тучных клеток носит отчетливо
выраженный регуляторный характер, и сопровождается направленной
дегрануляцией в сторону клетки-мишени.
3. При частичной резекции печени тучные клетки мигрируют в поврежденный
орган с последующей активацией дегрануляции и секрецией биологически
активных веществ, оказывают влияние на процессы регенерации.
4. При воспалительном процессе тучные клетки мигрируют в его очаг,
дегранулируют, оказывая влияние на формирование соединительнотканной
капсулы.
5. Реакция системы тучных клеток в ответ на экстремальные воздействия носит
как специфический характер, связанный с природой действующего фактора,
так и неспецифический или стрессорный.
6. Функции системы тучных клеток связаны с состоянием эндокринной
системы, прежде всего гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси.
Увеличение синтеза гормонов надпочечников (иммобилизационный стресс)
усиливает миграцию мастоцитов из центральных отделов системы в
периферические, а снижение их уровня (адреналэктомия) оказывает
противоположный эффект.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1.
Арташян О.С. Роль системного подхода в изучении системы тучных клеток в
живых организмах.[Текст]/ О.С. Арташян // Философия и наука: материалы второй
межвузовской научно-практической конференции аспирантов и соискателей
«Философия и наука».- Екатеринбург.- 2003 .- С. 3-5.
2.
Макарочкин А.Г. Морфологическое обоснование применения различных эффектов
криовоздействия в клинической практике. [Текст] / А.Г. Макарочкин, С.Ю.
23
Медведева, А.В. Чернов, О.С. Арташян // Актуальные проблемы теоретической и
прикладной медицины.- Екатеринбург.- 2003. - С. 245-353.
3.
Арташян О.С. Влияние хронической гипоксии на функциональную активность
системы тучных клеток. [Текст] / О.С. Арташян // Российский физиологический
журнал им. И.М.Сеченова.- 2004.- Т.90.- №8.- С.175-176.
4.
Арташян О.С. Изучение функциональной активности системы тучных клеток в
различных тканях крыс при хронической гипоксии. [Текст] / О.С. Арташян, Б.Г.
Юшков, С.Ю. Медведева // Дизрегуляционная патология органов и систем:
материалы III Российского конгресса по патофизиологии.- Москва.- 2004.- С. 209.
5.
Арташян О.С. Изучение функциональной активности тучных клеток при
иммобилизационном стрессе. [Текст] / О.С. Арташян, Б.Г. Юшков, С.Ю. Медведева
// «Бюллетень сибирской медицины».- 2005.- Т. 4.- приложение 1.- С. 146.
6.
Арташян О.С. Изучение функциональной активности системы тучных клеток при
кровопотере. [Текст] / О.С. Арташян, Б.Г. Юшков // Материалы XI Межвузовской
конференции молодых ученых. – Санкт-Петербург.- 2005.- С. 7-8.
7.
Арташян О.С. Влияние иммобилизационного стресса на функциональную
активность системы тучных клеток в различных тканях крыс. [Текст] / О.С.
Арташян // Материалы X Всероссийской научно-практической конференции
«Молодые ученые в медицине». – Казань.- 2005.- С. 209-210.
8.
Черешнев В.А. Влияние полиоксидония и тамерита на регенераторные процессы в
тканях с различной восстановительной способностью. [Текст] / В.А. Черешнев, Б.Г.
Юшков, И.Г. Данилова, М.В. Черешнева, Ю.С. Храмцова, М.А. Чиши, О.С.
Арташян // «Иммунология».- 2005.- №4.-С. 198-200.
9.
Юшков Б.Г. Система гемопоэза и морфогенез. [Текст] / Б.Г. Юшков, В.А.
Черешнев, Н.В. Тюменцева, О.С. Арташян, А.И. Кузьмин // «Клеточные
технологии в биологии и медицине».- 2005.-№4.- С. 226-229.
10.
Климин В.Г. Морфофункциональные характеристики тучноклеточной популяции у
крыс при острой кровопотере. [Текст] / В.Г. Климин, Б.Г. Юшков, О.С. Арташян //
«Вестник Уральской Медицинской Академической Науки».- 2005.-№4.-С. 39-43.
11.
Климин В.Г. Тучные клетки и гипоксия. [Текст] / В.Г. Климин, О.С. Арташян, Б.Г.
Юшков // «Вестник Уральской Медицинской Академической Науки».-2006 .-№1.С. 45-48.
12.
Арташян О.С. Влияние острой гипоксии на систему тучных клеток крыс. [Текст] /
О.С. Арташян // Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции
«Молодые ученые в медицине». – Казань.- 2006.-С. 207-208.