Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Данные литературы о влиянии факторов космического полета на органы желудочно-кишечного тракта млекопитающих 13
1.1. Морфофункциональное состояние желудка млекопитающих в условиях космического полета 15
1.2. Адаптивные реакции в стенке кишечника животных и человека на условия невесомости 23
1.3. Гистофизиологическая характеристика печени млекопитающих в условиях орбитального полета 38
ГЛАВА 2. Материалы и методики 60
ГЛАВА 3. Собственные результаты исследований 68
3.1. Влияние 12-суточного космического полета на морфо-функциональное состояние органов пищеварительной системы монгольских песчанок 68
1. Морфофункциональное состояние печени . 68
1.1. Обзорная микроскопия 68
1.2. Анализ ядерного аппарата гепатоцитов 74
1.3. Исследование содержания цитоплазматической РНК 82
1.4. Определение количества гликогена в печени 86
1.5. Содержание липидов в печени 92
1.6. Состояние волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани . 94
1.7. Исследование аморфного компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани портальных триад . 109
1.8 Популяция тучных клеток в интерстиции печени 110
2. Морфофункциональное состояние тощей кишки 114
2.1. Обзорная микроскопия 114
2.2. Состояние волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани 127
2.3. Популяция тучных клеток тощей кишки 139
3. Морфофункциональное состояние желудка 159
3.1. Обзорная микроскопия 159
3.2. Состояние волокнистой фазы внеклеточного матрикса соединительной ткани . 169
3.2. Влияние 30-суточного моделирования физиологических эффектов невесомости с помощью антиортостатического вывешивания на морфофункциональное состояние органов
пищеварительной системы монгольских песчанок . 181
1. Морфофункциональное состояние печени 181
1.1. Обзорная микроскопия 181
1.2.Анализ ядерного аппарата гепатоцитов 183
1.3. Исследование содержания цитоплазматической РНК . 187
1.4. Определение количества гликогена в печени . 188
1.5. Исследование волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани 190
1.6. Исследование аморфного компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани портальных триад .196
1.7. Популяция тучных клеток в интерстиции печени . 197
2. Морфофункциональное состояние тощей кишки . 199
2.1. Обзорная микроскопия . 199
2.2. Состояние волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани тощей кишки 204
2.3. Исследование популяции тучных клеток тощей кишки . 209
3. Морфофункциональное состояние желудка 216
3.1. Обзорная микроскопия 216
3.2. Состояние волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани желудка . 219
3.3. Влияние 14-суточного моделирования физиологических эффектов невесомости с помощью антиортостатического вывешивания на морфофункциональное состояние органов пищеварительной системы крыс 225
1. Морфофункциональное состояние печени 225
1.1. Обзорная микроскопия 225
1.2. Анализ ядерного аппарата гепатоцитов 227
1.3. Исследование содержания цитоплазматической РНК 229
1.4. Определение количества гликогена в печени 231
1.5. Исследование волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани печени 233
1.6. Исследование аморфного компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани портальных триад 241
1.7. Популяция тучных клеток в интерстиции печени 241
2. Морфофункциональное состояние тощей кишки 248
2.1. Обзорная микроскопия 244
2.2. Анализ состояния волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани 248
2.3. Популяция тучных клеток тощей кишки 255
3. Морфофункциональное состояние желудка 266
3.1. Обзорная микроскопия 266
3.2. Состояние волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани желудка 269
Глава 4. Обсуждение полученных результатов. 275
Практические рекомендации 321
Выводы 322
Список литературы 324
- Адаптивные реакции в стенке кишечника животных и человека на условия невесомости
- Исследование аморфного компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани портальных триад
- Морфофункциональное состояние тощей кишки
- Исследование волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани печени
Введение к работе
Актуальность проблемы
Развитие космонавтики неизбежно связано с увеличением длительности полетов человека как в ближний, так и в дальний космос. Такие перспективы оставляют за невесомостью, среди прочих факторов полета, ведущие позиции по значимости для состояния здоровья космонавтов. Одной из важных систем организма, лимитирующих пребывание человека в экстремальных условиях, является система пищеварения (Смирнов К.В., Уголев A.M., 1981). Большой объем исследований по проблемам питания и пищеварения в орбитальных полетах обусловил формирование нового направления в космической биологии и медицине - космическую гастроэнтерологию, созданную трудами отечественных ученых (Смирнов К.В., Уголев A.M., 1981, 1997). Накопленный фактический материал показал, что орбитальные полеты могут приводить к таким изменениям в желудочно-кишечном тракте космонавтов, как развитие гиперсекреторного состояния желудка, образование венозного застоя в сосудистом русле, увеличение размеров печени, модификация мотор-но-эвакуационной функции, пищеварительных процессов и активности поджелудочной железы, интенсификация базальной секреции органов гастродуоденальной зоны (Смирнов К.В. с соавт., 1976; Смирнов К.В., Уголев A.M., 1981, 1997; Атьков О.Ю., Бедненко B.C., 1989; Афонин Б.В., Воробьев В.Е., 1998; Афонин Б.В., 2001, 2011, 2013; Афонин Б.В., Гончарова Н.П., Седова Е.А., 2006; Афонин Б.В., Ермоленко А.Е., Иноземцев С.Л., 2012; Smirnov K.V., Lizko N.N., 1987; Huntoon C.S.L., 1996; Harm D.L. et c, 2002). При этом космонавты во время полета отмечали снижение чувства жажды и аппетита, изменение вкусовых ощущений, скопление газов в желудке и кишечнике, ощущение расширения и перемещения желудка к диафрагме, запоры (Смирнов К.В., Уголев A.M., 1981, 1997; Huntoon C.S.L., 1996).
Необходимость эффективного решения медико-биологических проблем длительных полетов человека в космос сделала актуальным проведение полетных экспериментов на животных, результаты которых позволили сформулировать основополагающие механизмы развития адаптивных изменений в условиях невесомости (Яздовский В.И., 1966; Португалов В.В., 1978; Газенко О.Г. и др., 1978; Гении A.M., 1979; Капланский А.С., Савина Е.А, 1981; Григорьев А.И. и др., 1987; Газенко О.Г., Касьян И.И., 1990; Сюза К.А., Ильин Е.А., 1997; Коваленко Е.А., Архипов В.В., 1998; Моруков Б.В. и др., 2003; Капланский А.С., Алексеев Е.И., Логинов В.И., 2004; Дурнова Г.Н. и др., 2004; Ильина-Какуева Е.И., Капланский А.С., 2005; Фомина Г.А., Котовская А.Р., 2005; Оганов B.C., 2004, 2006; Таирбеков М.Г., 2006; Григорьев А.И. с соавт., 2008; Буравкова Л.Б., 2008; Ильин Е.А., 2008; Ильин Е.А. и др., 2009; Сюза К.А. и др., 2009; Оганов B.C., Богомолов В.В., 2009; Ильин Е.А., 2010; Баранов В.М., 2011; Краснов И.Б., 2013; Shenkman B.S. et с, 2003; Buravkova L.B. et с, 2004). Эти изменения возникают на разных уровнях организации живой материи, в том числе на субклеточном, клеточном, тканевом и организ-менном. Большой вклад в изучение гистофизиологических эффектов в различных системах организма, в том числе пищеварительной, под влиянием факторов косми-
ческого полета внесли труды Котовского Е.Ф., ставшего одним из основоположников функциональной морфологии при экстремальных воздействиях (Котовский Е.Ф., Шимкевич Л.Л., 1971). Следует признать, что имеющиеся в литературе сведения о состоянии внутренних органов млекопитающих, в том числе пищеварительной системы, в условиях орбитального полета являются недостаточными, т.к. представляют собой описание уже сформированных изменений элементов эпителиальной, мышечной или нервной тканей и не учитывают состояние соединительной ткани органов (стромы). Для выполнения клеточных функций большое значение имеет межклеточное и межтканевое взаимодействия. Внеклеточный матрикс соединительной ткани состоит из коллагеновых, ретикулярных и эластических волокон, которые окружены интегративно-буферной метаболической средой (основной субстанцией), содержащей гликоконьюгаты (гликопротеины, протеогликаны), белки плазмы крови, воду, ионы, фибриллины, предшественники волокнистых белков и многие другие компоненты (Омельяненко Н.П., Слуцкий Л.И., 2009). Среди клеточных элементов волокнистой соединительной ткани особыми регуляторными свойствами обладают тучные клетки (тканевые базофилы). Соединительная ткань вездесуща и создает необходимые условия для успешной работы дифференцированных клеток. Важнейшее значение соединительной ткани в органах связано с выполнением интегрирующей, трофической, биомеханической, морфогенетиче-ской, пластической, защитной и других функций (Елисеев В.Г., 1961; Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981; Омельяненко Н.П., Слуцкий Л.И., 2009; Byers Р.Н., 2000; Bornstein P., Sage E.H., 2002; Hitchcock A.M. et c, 2008). Одним из пусковых факторов развития тканевых реакций в невесомости является изменение гемодинамиче-ских условий. Важное значение в регуляции интенсивности транспорта метаболитов от капилляров до функциональных элементов органа имеет состояние интегративно-буферной метаболической среды соединительной ткани. Вот почему исследование паренхимы во взаимосвязи со структурно-физиологическим состоянием внеклеточного матрикса соединительной ткани является одной из приоритетных задач космической биологии и медицины, имеющей важное значение при подготовке человека к длительным космическим полетам (Судаков К.В., 2000). Кроме того следует предположить, что волокнистые компоненты внеклеточного матрикса соединительной ткани, по сути выполняя функцию скелета внутренних органов, в условиях измененной гравитации должны подвергаться специфичным процессам адаптивного ремоделирования.
Таким образом, изучение морфофункционального состояния органов пищеварительной системы с учетом структурных компонентов внеклеточного матрикса соединительной ткани и популяционных характеристик тучных клеток представляется актуальным направлением в космической гастроэнтерологии. Данные исследования могут быть полезными для разработки профилактических мероприятий по коррекции деятельности органов пищеварительного тракта космонавтов во время профессиональной деятельности на борту орбитальных станций и в послеполетном периоде.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы являлось изучение морфофункционального состояния органов пищеварительной системы животных после космического полета и наземного моделирования эффектов невесомости.
В ходе работы решались следующие задачи:
-
Исследовать морфофункциональное состояние печени, тощей кишки и желудка монгольских песчанок Meriones unguiculatus на тканевом и клеточном уровнях после 12-суточного космического полета.
-
Изучить морфофункциональное состояние печени, тощей кишки и желудка монгольских песчанок Meriones unguiculatus и крыс линии Wistar после наземного моделирования эффектов невесомости с помощью антиортостатического вывешивания.
-
Определить значение внеклеточного матрикса соединительной ткани в развитии морфофункциональных изменений органов пищеварительной системы животных после 12-суточного космического полета и наземного моделирования эффектов невесомости.
-
Оценить участие тучных клеток в адаптивных реакциях органов пищеварительной системы животных после 12-суточного космического полета и наземного моделирования эффектов невесомости.
-
Провести сравнительный анализ эффектов 12-суточного космического полета и наземного моделирования невесомости на морфофункциональное состояние органов пищеварительного тракта животных.
-
Исследовать состояние эластических волокон артерий и вен органов пищеварительной системы после космического полета и наземного моделирования эффектов невесомости.
Научная новизна
-
Впервые установлено значение внутриорганной соединительной ткани (стромы) как гравитационно-зависимой структуры пищеварительного тракта животных.
-
Впервые исследованы качественные и количественные характеристики популяции тучных клеток органов пищеварительной системы животных после космического полета и наземного моделирования эффектов невесомости.
-
Впервые показана зависимость адаптивных возможностей паренхимы печени монгольских песчанок после влияния факторов космического полета и наземного моделирования эффектов невесомости от внутридольковой топографии гепа-тоцитов.
-
Впервые получены данные о сходстве и различии эффектов влияния космического полета и антиортостатического вывешивания животных на морфофункциональное состояние органов пищеварительной системы.
-
Впервые использован комплексный подход в изучении морфофункционального состояния желудочно-кишечного тракта животных после космического полета и наземного моделирования эффектов невесомости.
6. Впервые изучено состояние эластических волокон артерий и вен органов пищеварительной системы животных после космического полета и наземного моделирования эффектов невесомости.
Теоретическая и практическая значимость работы
Исследования выявили влияние внеклеточного матрикса соединительной ткани на развитие морфофункциональных изменений органов пищеварительного тракта животных после космического полета и наземного моделирования физиологических эффектов невесомости. Полученные результаты позволяют считать внеклеточный матрикс соединительной ткани гравитационно-зависимой структурой органов желудочно-кишечного тракта, активно участвующей в морфофункциональных перестройках на условия орбитального полета. Факторы космического полета, в том числе невесомость, оказывают влияние на динамическое структурирование волокнистых компонентов внеклеточного матрикса соединительной ткани, что приводит к процессам адаптивного ремоделирования интерстиция в органах пищеварительной системы. Выявленные после 12-суточного космического полета изменения в желудочно-кишечном тракте могут рассматриваться как преходящие, обусловленные состоянием регионарной гемодинамики и биомеханической функции соединительной ткани в условиях невесомости. Возможно, что во время космического полета в связи с изменением физико-химических параметров интегра-тивно-буферной метаболической среды внеклеточного матрикса снижается эффективность фибриллогенеза и процессов восстановления межклеточного вещества соединительной ткани. Обнаруженное в работе истончение мышечной оболочки желудка и тощей кишки монгольских песчанок после космического полета свидетельствует о формировании в условиях невесомости морфологических предпосылок к ослаблению перистальтической функции полых органов пищеварительного тракта. Существенное сокращение популяции тучных клеток у полетных животных вместе с изменением ее структуры и способов либерализации продуктов биосинтеза в экстрацеллюлярное пространство имеет важное значение в развитии эффектов невесомости на состояние органов пищеварительной системы.
Полученные данные об однонаправленном влиянии условий космического полета и антиортостатического вывешивания животных на морфофункциональное состояние печени, а также слизистой оболочки желудка могут быть использованы при изучении эффектов невесомости в наземных модельных экспериментах на соответствующие структуры пищеварительного тракта. Результаты выполненных исследований могут быть востребованы при разработке профилактических мероприятий неблагоприятного влияния факторов космического полета на пищеварительную систему человека.
Положения, выносимые на защиту
Соединительная ткань пищеварительного тракта является гравитаци-
онно-зависимой системой, определяющей в значительной степени специфику морфофункциональных изменений печени, желудка и тощей кишки в условиях космического полета.
Морфофункциональные изменения в печени, тонкой кишке и желудке животных после 12-суточного космического полета обусловлены как прямыми эффектами невесомости на структуры органов пищеварительного тракта, так и опосредованными в связи с перераспределением крови.
После космического полета происходит снижение регуляторного влияния тучных клеток органов пищеварительной системы животных на состояние внеклеточного матрикса соединительной ткани, эпителия и гладкой мускулатуры.
Факторы космического полета, прежде всего невесомость, по сравнению с антиортостатическим вывешиванием животных в наземных условиях оказывают однонаправленное влияние на морфофункциональное состояние печени и слизистой оболочки желудка и разнонаправленное в отношении других оболочек полых органов пищеварительной системы, а также соединительной ткани слизистой оболочки тощей кишки.
Апробация работы
Основные результаты и положения диссертации были представлены и обсуждены на XVII Международном симпозиуме «Человек в космосе» (Москва, 2009), IX Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов (Москва, 2010); Космическом форуме-2011 с международным участием «Пилотируемые полеты в космос. Биомедицина и жизнеобеспечение» (Москва, 2011), XXI и XXII Съездах Физиологического общества имени И.П. Павлова (Калуга, 2010; Волгоград, 2013), XI Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Самара, 2012), Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы морфологии, адаптогенеза и репаративных гистогенезов» (Оренбург, 2013), XIV Конференции по космической биологии и авиакосмической медицине с международным участием (Москва, 2013), объединенном XII Конгрессе Международной ассоциации морфологов и VII Съезде Российского научного медицинского общества анатомов, гистологов, эмбриологов (Тюмень, 2014).
По теме диссертации опубликовано 24 печатные работы, в том числе 12 статей в журналах из перечня ВАК РФ.
Диссертация апробирована на заседании секции Ученого совета ГНЦ РФ -ИМБП РАН «Комическая физиология и биология» 10.06.2014.
Связь работы с научными программами
Работа выполнена в рамках Федеральной космической программы России на 2005-2015 гг. и программы фундаментальных космических исследований Российской академии наук.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из разделов: «Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методики», «Собственные результаты исследований», «Обсуждение полученных результатов», «Практические рекомендации», «Выводы» и «Список литературы». Текст диссертации изложен на 363 страницах, содержит 77 рисунков и 94 таблицы. Список литературы состоит из 386 источников, из которых 218 — на русском и 168 - на иностранном языке.
Адаптивные реакции в стенке кишечника животных и человека на условия невесомости
В полетах некоторые космонавты отмечали умеренное скопление газов в желудочно-кишечном тракте и развитие запоров (Смирнов К.В., Уголев А.М, 1981, 1997). Изучение ферментных систем желудочно-кишечного тракта космонавтов при кратковременных полетах, продолжавшихся до 7-8 суток, выявило влияние невесомости преимущественно на начальный и заключительный этапы гидролиза белков. Об этом свидетельствовала тенденция к повышению уровня желудочного пепсиногена в крови и активности дипептидаз. Иногда выявлялись случаи активации главных желез желудка, продуцирующих пепсиноген, а также повышение активности дипептидаз. Некоторое усиление полостного и мембранного гидролиза белков в большей степени связано с развитием неспецифических стрессорных реакций в организме, как правило, при кратковременном действии факторов космического полета.
С увеличением продолжительности космических полетов ведущими изменениями в кишечнике становились панкреатические гиперферментемии. Выраженность этих изменений колебалась в зависимости от длительности полетов, от условий обитания на космических кораблях и орбитальных станциях, от качества выполнения космонавтами профилактических мероприятий, направленных на оптимизацию мышечной деятельности. В экспериментах, моделирующих эффекты невесомости в организме человека, наиболее ярким показателем замедления моторной активности желудочно-кишечного тракта являлась задержка стула. Достаточно подробное исследование эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта было проведено в экспериментах с моделированием эффектов невесомости в условиях сухой иммерсии (Соловьва А.А. с соавт., 2011). Исследователи определяли эвакуацию желудком жидкой пищи и времени ороцекального транзита химуса после 4-х суточного пребывания обследуемых в сухой иммерсии. Результаты не выявили изменений эвакуаторной активности желудка, однако транзит химуса по тонкому кишечнику и его переход из подвздошной кишки в слепую кишку ускорялся. В то же время, в толстом кишечнике обнаруживалось замедление пассажа химуса.
Первые данные относительно морфологического состояния кишечника млекопитающих в условиях космического полета были получены Петрухиным В.Г. (1962) при исследовании 68 черных линейных мышей (С57 black), белых беспородных крыс и 4 морских свинок, вернувшихся из полетов на II, IV и V кораблях-спутниках Земли. Несмотря на то, что продолжительность орбитальных полетов составила соответственно 24, 1,5 и 1,5 часа, были выявлены многочисленные картины нарушения гемодинамики и тканевой гипоксии (полнокровие, периваскулярные отеки и небольшие кровоизлияния). В связи с тем, что эти изменения нивелировались к 3-5-м суткам после приземления, можно предположить, что в их формировании помимо невесомости большое значение принимали факторы взлета и приземления. Кроме того, отсутствовала группа млекопитающих, на которых проводилось имитирование влияния факторов космического полета в наземных условиях. В этой связи в проведенном исследовании объективные выводы относительно влияния невесомости на пищеварительную систему сделать достаточно сложно.
Большая серия работ по исследованию кишечника в условиях орбитального полета была выполнена при реализации в нашей стране научной программы «Бион». Гистохимическое исследование структур тонкой и толстой кишок крыс проводилось уже на биоспутнике «Бион» №1, орбитальный полет которого продолжался 21,5 суток. При этом, во время светооптического исследования слизистой оболочки кишечника крыс, вернувшихся из космического полета, не было отмечено каких-либо морфологических изменений (Португалов В.В. с соавт., 1977). Лишь у некоторых животных полетной группы и модельного (синхронного) эксперимента на 2-е сутки после окончания эксперимента отмечалось отсутствие на отдельных участках слизистой оболочки кишечника покровных эпителиальных клеток. Авторы не связывают полученные данные с действием факторов космического полета, объясняя эти особенности проявлением физиологической регенерации покровного эпителия (Шубич М.Г. с соавт., 1977). В двенадцатиперстной кишке некоторых животных после окончания модельного эксперимента обнаруживался небольшой отек стромы отдельных ворсинок, а также изменения содержания лимфоцитов в собственной пластинке слизистой оболочки. В бокаловидных клетках толстого кишечника полетных крыс отмечалось возрастание содержания сиало- и сульфосахаридов, которое было наиболее выражено в верхней части крипт. Возможно, это связано с нарушением моторной функции толстой кишки, приводящей, в частности, к развитию запоров у некоторых членов космических экипажей при длительных полетах (Смирнов К.В., Уголев А.М., 1981, 1997). Однако у ряда животных, вернувшихся из космического полета, отмечалось снижение содержания нейтрального углеводного компонента в бокаловидных клетках толстой кишки. В частности, такие данные были получены в эксперименте Rabot S. с соавт. (2000), которые изучали строение толстой кишки крыс Sprague-Dawley после 14-суточного полета на космической лаборатории SLS-2. Следует заметить, что именно во время этой миссии впервые в истории космической биологии биоматериалы от экспериментальных животных для дальнейшего изучения и анализа были взяты непосредственно в невесомости. Полученные результаты свидетельствовали о снижении количества нейтральных муцинов в бокаловидных клетках толстой кишки.
Исследование аморфного компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани портальных триад
Для исследования тучных клеток в печени монгольских песчанок использовали методику полихромного окрашивания, позволяющей оценить процессы биосинтеза гепарина. Тучные клетки в печени интактных животных идентифицировались исключительно в области портальных триад. Цитоплазма большинства тучных клеток была заполнена крезилпозитивными гранулами (фото 21-А). Меньшую долю популяции тучных клеток печени составляли тканевые базофилы, в которых одновременно выявлялись альциановофильные и крезилпозитивные гранулы (табл. 19). Клетки с преимущественно альциановопозитивной цитоплазмой встречались редко. Топографически большинство тучных клеток было связано с адвентицией портальных сосудов, и, в меньшей степени, с оболочками желчных протоков. Условные обозначения: - р 0,05 по сравнению с показателями виварийного контроля, - р 0,05 по сравнению с показателями группы синхронного эксперимента. 110 Условия синхронного эксперимента привели к некоторому увеличению общего количества тканевых базофилов в интерстиции портальных триад (рис. 21 Б, табл. 19). Однако, это возрастание не имело достоверного характера. В то же время, увеличивалось количество тучных клеток с одновременным содержанием альциановофильных и крезилпозитивных гранул. Обнаружение в интерстиции крезилпозитивных гранул, свободно располагающихся в интерстиции, свидетельствует об активизации экзоцитоза в процессах либерализации продуктов биосинтеза тучных клеток. При этом, локализация тучных клеток не менялась в сравнении с их топографией у виварийных животных. Обозначения: А – виварийный контроль. Выявляются крезилпозитивные тучные клетки с преимущественным содержанием полностью сульфатированного гепарина, а также тканевые базофилы, одновременно окрашивающиеся крезилвиолетом и альциановым синим; Б – синхронный эксперимент. Доминирование тучных клеток с преимущественным содержанием полностью сульфатированного гепарина сохраняется; В – космический полет. Происходит экзоцитоз гранул с продуктами биосинтеза тучных клеток, содержащих полностью сульфатированный гепарин. 111 Космический полет приводил к достоверному сокращению популяции тканевых базофилов в печени, которые локализовались преимущественно в области адвентиции желчных протоков и, в меньшей степени контактировали с оболочками междольковых вен и артерий, либо свободно располагались в интерстиции портальных триад. В сравнении с показателями животных группы виварийного контроля и синхронного эксперимента достоверно возрастало представительство тучных клеток, окрашенных крезилвиолетом. Доля тканевых базофилов с альциановофильной цитоплазмой, а также одновременно окрашивающихся альциановым синим и крезилвиолетом, существенно снижалась. Среди механизмов выведения продуктов биосинтеза в интерстиций возрастала активность экзоцитоза вместе с интенсификацией формирования цитопластов (рис. 21-В). Таким образом, преимущественной локализацией тучных клеток в печени монгольских песчанок является соединительная ткань портальных трактов. Характерной особенностью популяции тканевых базофилов является высокое содержание форм с полностью этерифицированным гепарином. Количество тучных клеток с альциановопозитивной цитоплазмой, свидетельствующей о наличии несульфатированного предшественника гепарина, гораздо меньше.
Условия синхронного эксперимента не приводили к изменению объема популяции тканевых базофилов, но изменяли ее качественный состав: повышалась степень сульфатированности гепарина и усиливался экзоцитоз. Космический полет вызывал достоверное сокращение популяции тучных клеток в интерстиции печени. В то же время в обнаруженных тканевых базофилах возрастала степень зрелости гепарина, а также наблюдалась интенсификация либерализации продуктов биосинтеза во внеклеточный матрикс соединительной ткани портальных триад.
Резюмируя полученные данные, можно считать, что условия невесомости приводили к изменению тинкториальных свойств коллагеновых и эластических волокон печени и возрастанию процессов их дезорганизации. Очевидно, что такие явления, как изменение калибра волокна на протяжении - утолщение или истончение, гранулярный распад, изменение тинкториальных свойств являются признаками альтеративных процессов. С одной стороны, эти изменения вызваны гемодинамическими нарушениями и депонированием крови в органе, приводящих к гипоксическим изменениям в тканях печени. С другой стороны, отсутствие земной гравитации могло отразиться на эффективности фибриллогенеза в межклеточном матриксе. Обращали на себя внимание активные пролиферативные реакции ретикулярных волокон в центральных и периферических областях долек печени. Обнаруженное увеличение содержания эластических волокон в структурах междольковых артерий и вен, видимо, формируется как адаптивная реакция на увеличение давления в сосудистом депо печени в ответ на перераспределение крови в организме в условиях космического полета. В то же время усиление дезорганизации эластического компонента в сосудах, очевидно, может усиливать развитие дисциркуляторных процессов в органе.
Картины, наблюдаемые в группе монгольских песчанок синхронного эксперимента, являлись аналогичными изменениям, обнаруженным после орбитального полета, но имели меньшую выраженность, что указывает на первостепенную значимость невесомости в развитии обнаруженных биоэффектов. Возрастание уровня содержания гиалуроновой кислоты в аморфном компоненте межклеточного вещества соединительной ткани, видимо, отражает развитие адаптивных реакций в условиях невесомости. Сокращение популяции тканевых базофилов после космического полета, с одной стороны, может свидетельствовать о повышенном расходовании функционального резерва системы местной регуляции гомеостаза. С другой стороны, признаки изменения молекулярной организации волокнистого компонента могут приводить к нарушению миграции мастоцитов в интерстиций печени. В то же время усиление биосинтеза и выведения гепарина в межклеточный матрикс соединительной ткани показывает интенсификацию его участия в обеспечении функционирования органа под влиянием невесомости. 113
Морфофункциональное состояние тощей кишки
После 30-суточного вывешивания монгольских песчанок сохранялась типичная стратификация стенки тощей кишки. Вместе с тем, обнаруживались неоднозначные изменения, которые касались различных аспектов организации оболочек тонкой кишки. При исследовании слизистой оболочки обращает на себя внимание формирование у некоторых животных укороченных, но вместе с тем утолщенных ворсинок (рис. 51-А), с большей частотой в сравнении с результатами анализа биоматериала виварийных животных. Видимо, это послужило причиной достоверного уменьшения длины ворсинок слизистой оболочки тощей кишки в сравнении с показателями группы виварийного контроля (табл. 56). Нарушения формообразования в виде ветвления ворсинок, наблюдаемые после пребывания в 12-суточной невесомости, не обнаружены. Результаты морфометрического анализа свидетельствовали о снижении глубины крипт в условиях вывешивания, и значительном изменении организации эпителиального пласта. Во-первых, высота однослойного цилиндрического каемчатого эпителия слизистой оболочки тощей кишки достоверно снижалась на всем протяжении ворсин. Более того, у половины животных развивались дистрофические изменения эпителиоцитов, наиболее выраженные в верхней трети ворсин. В ряде случаев определялось массивное отслоение эпителиального пласта от базальной мембраны, приводящее к картинам оголения стромы ворсин. На поверхности слизистой оболочки обнаруживался клеточный детрит с остатками клеточных органелл и ядерных структур (рис. 51-В).
1 Обозначения: А - типовая стратификация стенки тощей кишки, формирование утолщенных ворсинок; Б – возрастание лимфоидной инфильтрации подслизистой и слизистой оболочек, наличие отека подслизистой оболочки; В – признаки десквамации эпителиоцитов верхней части ворсин в просвет тонкой кишки. На этом фоне становится очевидным возрастание лимфоцитарной инфильтрации слизистой оболочки (рис. 51-Б). У животных виварийного контроля одной из особенностей организации стенки тощей кишки являлось достаточно выраженное развитие лимфоидного аппарата. Лимфоциты в составе лимфоидных узелков локализовались не только в пределах подслизистой оболочки, но также могли распространятся и в структуры собственной пластинки слизистой оболочки, часто достигая базальной мембраны поверхностного однослойного цилиндрического каемчатого эпителия. После 30-суточного вывешивания становились очевидными картины возрастания представительства клеток лимфоцитарного ряда в слизистой оболочке, что проявлялось не только в степени развития лимфатических узелков, но и в масштабе лимфоцитарной инфильтрации остальных структур слизистой оболочки.
Изменялась дифференцировка эпителиоцитов в сторону увеличения представительства бокаловидных клеток (табл. 55). Численность бокаловидных клеток возрастала не только в области ворсин, но и на территории крипт (рис. 52-А). При этом мукоциты слизистой оболочки не были локализованы в определенном месте ворсин – они равномерно распределялись в эпителиальном пласте слизистой оболочки. Функциональное состояние бокаловидных клеток существенно активизировалось, что проявлялось интенсификацией выведения муцинов на поверхность эпителиального пласта, цитоплазма многих из них была вакуолизированной (рис. 52-Б). Возможно, усиление экструзии секрета приводило к снижению количества в цитоплазме как нейтральных, так и кислых мукополисахаридов. В секреторном цикле бокаловидных клеток начинали преобладать клетки в состоянии выведения муцинов (табл. 55).
Ворсинки тощей кишки монгольских песчанок группы вывешивания. Фиксация: 10% забуференный формалин, pH=7,6. Методика: окрашивание альциановым синим. Увеличение: А – 40х10; Б – 100х10.
Обозначения: А – высокое содержание бокаловидных клеток в составе эпителиального пласта слизистой оболочки; Б – интенсификация выведения секреторного продукта на поверхность слизистой оболочки, вакуолизация бокаловидных клеток.
Результаты морфометрического анализа выявили достоверные изменения толщины слизистой оболочки тощей кишки. Как и в условиях невесомости, после вывешивания высота ворсинок снижалась, но в меньшей степени. Аналогично, уменьшалась глубина крипт. Вместе с этим, снижалась и высота эпителиального пласта, покрывающего ворсинки (табл. 56). При измерении толщины подслизистой оболочки и мышечной оболочки существенных изменений выявлено не было.Несмотря на то, что анализ митотической активности недифференцированных эпителиоцитов крипт тощей кишки монгольских песчанок в эксперименте с вывешиванием выявил ее аналогичные показатели по сравнению с животными виварийной группы, можно говорить о формировании тенденции к снижению пролиферативного пула слизистой оболочки (табл. 57). Однако следует учитывать выраженную индивидуальную вариабельность данного показателя физиологической регенерации. Профаза являлась наиболее часто встречающейся фазой митоза. Количество аномальных митозов после вывешивания достоверно не изменялось.
Исследование волокнистого компонента внеклеточного матрикса соединительной ткани печени
В группе крыс виварийного контроля при окрашивании по методу ван Гизон коллагеновые волокна преимущественно идентифицировались в области портальных триад (рис. 63-А) и формировали разнокалиберные пучки, которые не распространялись на территорию паренхимы долек печени. В гораздо меньшей 2 степени коллагеновые волокна обнаруживались в области периметра центральной вены (рис. 63-Б), не обладая четкой направленностью. В условиях вывешивания основные изменения состояния коллагеновых волокон затрагивали их тинкториальные характеристики. Вне зависимости от локализации, фуксинофилия волокнистых структур возрастала. Содержание волокон увеличивалось вокруг желчных протоков, в остальных структурах портальной триады имелась только тенденция к возрастанию. Кроме того, увеличивалась численность коллагеновых волокон в структурах центральных вен вместе с повышением индекса дезорганизации вследствие процессов гомогенизации (табл. 76). Таким образом, условия 14-суточного вывешивания отражались главным образом на состоянии тинкториальных свойств коллагеновых волокон, и не приводили к существенному изменению их представительства в интерстиции печени. 234 Обозначения: А, Б - виварийный контроль. А – коллагеновые волокна идентифицируются в структурах портальной триады; Б – неравномерное окрашивание периметра центральной вены; В, Г – группа модельного эксперимента с 14-суточным антиортостатическим вывешиванием. В – возрастание фуксинофилии в области интерстиция триады. Г – обнаруживается высокая фуксинофилия стенки центральной вены.
Ретикулярные волокна, в которых присутствует коллаген III типа, в интерстиции печени крыс были представлены гораздо более широко в сравнении с волокнистыми структурами, образованными коллагеном I типа. Они входили в состав не только портальных триад и центральных вен, но и сопровождали печеночные балки в дольках печени. В своем большинстве ретикулярные волокна обладали умеренной аргирофилией, однако встречались волокна и с высоким сродством к ионам серебра. В то же время в импрегнированных препаратах выявлялись выраженные индивидуальные отличия в содержании ретикулярных волокон, плотности их распределения в паренхиме, а также тинкториальных свойствах. Интенсивная аргирофилия структур стенок центральных и портальных вен была непостоянна, при этом различия уровня импрегнации могли наблюдаться и на протяжении наружной оболочки вен. Около портальных вен, как правило, распределялись короткие импрегнированные волокнистые элементы. Система ретикулярных волокон в структурах долек печени была значительно развита только у одной крысы. У большинства животных в паренхиме печени распределялись короткие, не анастомозирующие друг с другом волокнистые фрагменты различной степени аргирофилии (рис. 64-А, Б). Иногда определись поля, в которых система ретикулярных волокон была редуцирована и практически не идентифицировалась.
В условиях 14-суточного вывешивания следует отметить разносторонние реакции системы ретикулярных волокон (рис. 64-В, 64-Г). Прежде всего, отмечалось возрастание аргирофилии волокнистых соединительнотканных структур у большинства животных. Импрегнированность стенок сосудов подвергалась выраженным индивидуальным вариациям в широких пределах. Обращало на себя внимание формирование по ходу синусоидных капилляров сети мелкокалиберных ретикулярных волокон, отсутствующих в печени крыс группы виварийного контроля (рис. 64-В). В некоторых случаях выявлялись длинные ретикулярные волокна, анастомозирующие друг с другом на всей территории внутридольковой паренхимы печени. Наибольшую интенсивность пролиферация ретикулярных волокон приобретала в центральных и промежуточных областях классических долек печени (рис. 64-В, 64-Г).
Ретикулярные волокна в интерстиции печени крыс. Фиксация: 10% нейтральный забуференный формалин, pH 7,4. Методика: импрегнация по методу Фута. Увеличение: 40х10. Обозначения: А, Б – виварийный контроль. Определяется слабое развитие ретикулярных волокон в центральных (А) и промежуточной (Б) областях долек печени. В, Г – группа модельного эксперимента с 14-суточным антиортостатическим вывешиванием. Усиление образования ретикулярного остова в центральной (В) и промежуточной (Г) областях дольки печени.
Об этом свидетельствовала плотность распределения волокнистых структур и значения индекса содержания (табл.77). Иногда тонкие ретикулярные волокна образовывали петлистые структуры. Определялась фрагментация ретикулярных волокон, изменение их контуров на протяжении, и различия уровня аргирофилии. Таким образом, 14-суточное антиортостатическое вывешивание крыс приводило к усилению представительства анатомической сети ретикулярных волокон в классических дольках печени крыс вместе с изменением их тинкториальных характеристик.
