Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимым условием нормальной жизнедеятельности любой клетки является состояние ее микроокружения. Качественный состав микросреды, хотя и поддерживается на определенном уровне, может изменяться в зависимости от состава поступающих в нее продуктов, особенностей состояния гематоцеллюлярного барьера, дренажных и других факторов (Бородин Ю.И., 1990-1998; Козлов В.И. и др., 1994; Erhart I.C., Hofman W.F., 1991; Valenzuela G.J., 1992; Marchetti С. et al., 1996).
Постоянно ухудшающаяся экологическая обстановка приводит к изменению внутренней среды организма, вызывает перегрузки, срывы и в конечном итоге недостаточность дренажно-детоксикационных процессов в том или ином конкретном регионе. Это обстоятельство заставляет искать пути управления дренажно-детоксикационной функцией лимфатической системы, внесосудистым гуморальным транспортом (Левин Ю.М., 1997, 1998; Бородин Ю.И., 1997, Бородин Ю.И. и др., 1998).
Одним из эффективных методов санации внутренней среды организма является энтеросорбция (Мамырбаев A.M., Тахтаев Ф.Х., 1990; Беляков и др., 1991, 1997; Баранов Г.А. и др., 1992; Бородин Ю.И., 1995, 1997).
Применение в медицинской практике сорбентов привело к возникновению нового направления - сорбционной медицины. Разработана концепция, в основу которой положен принцип сходности сорбентной терапии и естественного лимфодренажа тканей, что позволяет применять сорбенты для протезирования и успешного восстановления функции лимфатической системы, оказывая при этом саногенное влияние на органы и системы организма (Бородин Ю.И., 1995).
В качестве энтеросорбентов чаще используются активированные угли медицинского назначения, природные полимеры растительного происхождения, ионообменные материалы, синтетические полимеры. Выбор сорбента зависит от конкретных задач терапии, способа введения, переносимости больными терапии и других условий (Картель Н.Т., 1995; Беляков Н.А.,1996 ; Рачковская Л.Н., 1996; Остапенко В.А. и др., 1997). В то же время в механизмах действия сорбентов нет полной ясности (Беляков Н. А., 1998).
Многочисленные научные публикации о механизмах действия сорбентов основываются, в основном, на клинических и биохимических данных. Однако тонкие механизмы влияния сорбирующих материалов на структуру органов, тканей и клеток организма изучены недостаточно (Бородин Ю.И., 1995). Важность и необходимость таких исследований заключается в том, что огромные возможности организма к функциональным компенсаторным изменениям могут маскировать
развивающиеся и нарастающие структурные нарушения на субклеточном и клеточном уровнях при неправильном использовании сорбентов (дозы, длительность применения, состояние организма, свойства сорбента).
С древнейших времен известны лечебные свойства природных минералов. Одним из примеров использования их целебного действия представляет собой явление камнеедения или литофагии, распространенное во всем мире среди животных и людей. Установлено, что поедаемый животными и людьми различных континентов каменный материал имеет общие физико-химические свойства и обладает способностью к сорбции и ионному обмену (Бгатов В.И., Лазарев П.А., Спешилова М.А., 1989; Паничев A.M., 1990; Ван А.В., 1997; Бгатов В.И., 1998; Па-ничев A.M., 1998). Эволюция жизни на Земле с момента зарождения развивалась в условиях тесного контакта с миром минералов, которые были не только источником необходимых химических элементов и зоной минерального питания биоты, но также средой, обеспечивающей связывание токсичных продуктов метаболизма (Паничев A.M., 1998).
В процессе адсорбции неорганических частей почвы, воды и пищи флорой и фауной, который продолжался миллионы лет, микроэлементы приобрели биологическую функцию компонентов или активаторов ферментов, синтеза белков и других органических соединений (Anke М. et al., 1987). Органотропное влияние макро- и микроэлементов имеет сложную природу и реализуется на уровне глубинных метаболических процессов, затрагивая биологические структуры и содержащиеся в них ферменты многих клеток и тканей (Авцын А.П. и др., 1991).
Механизм поддержания минерального гомеостаза заключается в избирательном поглощении определенных микроэлементов; избирательной концентрации их в определенных организмах, органах, тканях и некоторых органеллах клетки; их селективной элиминации (Авцын А.П., 1972). Следовательно в случае использования природных минералов в качестве энтеросорбентов можно ожидать двойной эффект их применения - сорбционный и нормализующий минеральный гомеостаз.
Среди известных природных сорбентов наиболее ярко выделяются цеолиты в связи с сорбционными и ионообменными свойствами. Также известно их использование в пищу животными и человеком (Паничев A.M., Амелин С.Н., Бутенко Т.Ю., 1988; Паничев A.M., 1990; Бгатов В.И., 1997; Munck J., 1984), на их основе создана биологически активная пищевая добавка "Литовит" ( Бгатов В.И. и др., 1996; Благитко Е.М. и др., 1997; Новоселова Т.И, 1997). Кроме этого нас заинтересовали такие минералы, как диатомиты, известные еще более выраженными сорбционными свойствами, органогенным происхождением и тем, что они тоже используются в пищу животными (Бгатов В.И., Спешилова Н.К., Мотовилов СВ., 1989;Тарасевич К.Т., 1989; Ланцева Н.Н., 1991).
Широкое и эффективное клиническое использование искусственного углеродминерального сорбента СУМС-1 (Григорьева Л.В., Савицкая И.В., Эфендиев Б.А., 1995; Савицкая И.В. и др., 1995; Савицкая И.В. и др., 1998), явилось причиной его выбора в качестве сорбента сравнения .
Интегральным показателем, отражающим адаптационные резервы организма в условиях антропогенного загрязнения, является состояние пограничных тканей (Непомнящих Г.И., Айдагулова СВ., Непомнящих Л.М., 1996). В связи с тем, что в основе энтеросорбции лежит возможность извлечения токсичных и балластных веществ из внутренней среды организма в кишечник с дальнейшим их связыванием на сорбенте и выведении из организма, представляет интерес исследование структурной организации микрорайона слизистой оболочки тонкой кишки, непосредственно взаимодействующей с сорбентом, в условиях нормы и интоксикации организма. К тому же механизмы взаимодействия энтеро-сорбентов со структурами тонкой кишки изучены недостаточно.
Цель исследования . Выявить влияние различных сорбентов- природных цеолита и диатомита и искусственного СУМС-1 - на структурную организацию микрорайона слизистой тонкой кишки и пейеровых бляшек при их длительном использовании в качестве пищевых добавок. Исследовать возможность коррекции с помощью сорбентов структурных изменений микрорайона слизистой оболочки тонкой кишки, пейеровых бляшек и печени в условиях эндотоксикоза, вызванного действием экотоксина карбофоса и радиоактивного цезия.
Задачи исследования.
1. Исследовать структурную организацию микрорайона слизистой
оболочки тонкой кишки при длительном применении сорбентов: цео
лита, диатомита и СУМС-1.
а) Изучить клеточный состав эпителия и ультраструктурную органи
зацию энтероцитов кишечных ворсинок и крипт
б) Исследовать клеточный состав собственной пластинки слизистой
в) Изучить ультраструктурную организацию интерстициальных про
странств
г) Изучить ультраструктурную организацию эндотелиоцитов крове
носных и лимфатических капилляров
-
Изучить клеточный состав пейеровых бляшек при длительном применении сорбентов: цеолита, диатомита и СУМС-1.
-
Исследовать степень морфологических изменений во всех структурных компартментах микрорайона слизистой оболочки тонкой кишки (эпителии, интерстиции, эндотелии кровеносных и лимфатических капилляров) и пейеровых бляшках через 1 час после введения карбофоса животным, длительно получавшим цеолит, диатомит и СУМС-1.
-
Исследовать развитие процессов восстановления во всех структурных компартментах микрорайона слизистой оболочки тонкой кишки (эпителии, интерстиции, эндотелии кровеносных и лимфатических
капилляров) и пейеровых бляшках через 3-е суток после введения карбофоса животным, получавшим цеолит, диатомит и СУМС-1, до и после введения пестицида.
5. Исследовать степень повреждения и характер развития восстановительных процессов во всех структурных компонентах микрорайона слизистой тонкой кишки, пейеровых бляшках и паренхимы печени животных, получавших различные сорбенты после накопления в организме радиоактивного цезия.
Научная новизна результатов исследования. Впервые в сравнитель
ном аспекте исследовано влияние на структурную организацию микро
района слизистой оболочки тонкой кишки использования, в качестве
пищевых добавок, сорбентов различного происхождения, минерально
го и химического состава -природных цеолита и диатомита и искусст
венного углеродминерального сорбента СУМС-1. Методами световой,
электронной микроскопии и морфометрии показано, что при длитель
ном применении в составе рациона сорбенты оказывают однонаправ
ленное стимулирующее действие на все структурные компоненты слизи
стой оболочки тонкой кишки. Выявлено увеличение поверхности
всасывания эпителия за счет возрастания высоты и количества микро
ворсинок энтероцитов средней трети кишечных ворсинок. Отмечено
уплотнение барьерных структур эпителия и собственной пластинки сли
зистой - возрастание объемной и электронной плотности соединитель
ной ткани, прилежащей к базальной мембране эпителия и перикапил-
лярных пространств. Показано усиление процессов
трансэндотелиального переноса в кровеносных капиллярах и белоксин-тетической функции эндотелиоцитов лимфатических капилляров. Наибольшим биостимулирующим действием на слизистую оболочку тонкой кишки обладает цеолит.
Впервые показано, что длительное использование в рационе больших доз сорбентов приводит к изменению структурной организации барьерно-защитной функции слизистой оболочки тонкой кишки: снижается эпителиальный уровень защиты и возрастает соединительнотканный.
Впервые показано, что длительное превентивное использование с рационом цеолита повышает чувствительность организма к действию ксенобиотика карбофоса и обеспечивает большую реактивность структур микрорайона слизистой оболочки тонкой кишки в ответ на введение токсина.
Показано, что сорбенты оказывают лимфопротекторное действие, обеспечивая большую сохранность структурной организации эндотелиоцитов лимфатических капилляров и структуры пейеровых бляшек в условиях эндотоксикоза.
Показано, что использование природных сорбентов целесообразно для ускорения выведения из организма инкорпорированного радиоак-
тивного цезия. Природные сорбенты, особенно цеолит, активно стимулируют выведение цезия-137 в течение первых 3-7 дней из органов и организма.
Методами световой, электронной микроскопии н'морфометрии показано, что ускорение выведения радиоактивного цезия в течение первой недели использования природных сорбентов способствует большему сохранению структурной организации печени. Длительное использование в составе рациона больших доз сорбентов при накоплении в организме радиоактивного цезия приводит к развитию деструктивных процессов на субклеточном уровне.
Практическое значение работы. Полученные новые данные о стимулирующем действии длительного использования сорбентов на структурную организацию слизистой оболочки тонкой кишки, обусловливающем увеличение поверхности . всасывания эпителия за счет возрастания высоты и количества микроворсинок энтероцитов, а также усиление трансэндотелиального обмена в эндотелии кровеносных и лимфатических капилляров, свидетельствуют о повышении процессов всасывания в тонкой кишке. Этот факт объясняет повышение чувствительности организма к лекарственной терапии на фоне применения сорбентов, наблюдаемое в клинической практике, что следует учитывать при комплексном использовании лекарственной и сорбционной терапии.
Показана эффективность применения природных сорбентов диатомита и, особенно, цеолита для выведения из организма инкорпорированного цезия-137. Из полученных данных следует, что наиболее целесообразно использовать указанные сорбенты в течение 7 дней.
Полученные данные о том, что длительное использование больших доз сорбентов при накоплении в организме радиоактивного цезия может приводить к развитию деструктивных процессов на субклеточном уровне, следует учитывать при разработке рекомендаций по применению сорбентов для выведения инкорпорированных радионуклидов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Длительное использование в качестве пищевой добавки больших доз природных сорбентов - цеолита, диатомита и искусственного угле-родминерального сорбента СУМС-1 - оказывает однонаправленное стимулирующее действие на структурную организацию микрорайона слизистой оболочки тонкой кишки, заключающееся в повышении поверхности всасывания эпителия, усилении трансэндотелиального обмена кровеносных и лимфатических капилляров, способствует усилению процессов пролиферации лимфоцитов в герминативных центрах лим-фоидных образований стенки тонкой кишки - пейеровых бляшек.
-
Длительное использование в рационе больших доз сорбентов СУМС-1, цеолита и диатомита приводит к перестройке барьерной функции слизистой оболочки тонкой кишки, заключающейся в сниже-
ний эпителиального уровня защиты (при добавлении в рацион цеолита) и возрастании соединительнотканного уровня (при применении в рационе СУМС-1, цеолита и диатомита).
3. Длительное превентивное использование с рационом больших доз
сорбентов, особенно цеолита, повышает реактивность тканей при воз
действии экотоксина - карбофоса. При этом наиболее выражены струк
турные изменения в энтероцитах, интерстициальных пространствах,
эндотелиоцитах лимфатических капилляров. Использование сорбентов
после острого отравления животных карбофосом обеспечивает лимфо-
протективный эффект по отношению к структуре эндотелия лимфатиче
ских капилляров.
-
Использование сорбентов после введения радиоактивного цезия обусловливает большую сохранность структуры печени в течение первой недели их применения. Более длительное добавление в рацион больших доз сорбентов в условиях радиоактивного заражения организма не оказывает коррегирующего влияния на структурную организацию микрорайона тонкой кишки и паренхимы печени.
-
В ситуациях острой интоксикации организма, когда в интерстици-альном пространстве накапливаются выводимые из клеток токсичные метаболиты, либо образующиеся радиотоксины, использование сорбентов способствует снижению барьерной функции слизистой оболочки тонкой кишки, что дает возможность усилению оттока токсинов в просвет тонкой кишки и удалению их из организма.
Внедрение. Результаты исследования, касающиеся изменений клеточного состава эпителия и собственной пластинки слизистой, а также ультраструктурных изменений энтероцитов и эндотелиоцитов кровеносных и лимфатических капилляров микрорайона слизистой оболочки тонкой кишки при длительном использовании различных сорбентов, внедрены в учебный процесс кафедр гистологии и эмбриологии Новосибирского медицинского института и Омской медицинской академии. Данные о биостимулирующем эффекте природного сорбента цеолита и искусственного СУМС-1 и возможности их использования для выведения инкорпорированных радионуклидов внедрены в лечебную практику клиники НИИ Клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН. Методические подходы к изучению структурной организации слизистой оболочки тонкой кишки при различных экологических воздействиях внедрены в научно - исследовательскую работу лаборатории функциональной морфологии лимфатической системы НИИ КиЭЛ СО РАМН.
Апробация материалов диссертации. Основные положения диссертации доложены на научной конференции «Лечебно-оздоровительные факторы Алтая» (Белокуриха, 1993); научной конференции «Проблемы экспериментальной и клинической лимфологии (Новосибирск, 1994); Международном научном симпозиуме «Проблемы сорбционной деток-
сикации внутренней среды организма» (Новосибирск, 1995); на 2-м международном симпозиуме «Проблемы саногенного и патогенного эффектов экологического воздействия на внутреннюю среду организма» (Чолпон-Ата, 1995); Международной конференции Проблемы клинической и экспериментальной лимфологии (Новосибирск, 1996); Научно -практической конференции «Проблемы профилактической лимфологии и санаторно-курортной реабилитации» (Новосибирск, 1997); заседании Ученого совета Института клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН (Новосибирск, 1997); Международной конференции «Проблемы клинической и экспериментальной лимфологии (Новосибирск, 1996); 3-м международном симпозиуме «Проблемы саногенного и патогенного эффектов экологического воздействия на внутреннюю среду организма» (Чолпон-Ата, 1997); Международной конференции по мнкроцнркуляцин (Ярославль, 1997); научной конференции, посвящен. 50-летию Медсанчасти 169 (Новосибирск, 1997); Международном симпозиуме «Проблемы лимфологии и эндоэкологии» (Новосибирск, 1998), заседании Проблемной комиссии «Морфология» (Новосибирск, 1998); совместном заседании Института клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН, кафедр нормальной анатомии, патологической анатомии, топографической анатомии и оперативной хирургии Новосибирского медицинского института (Новосибирск, 1999).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 380 стр. машинописного текста (собственно текста 202 стр.), состоит из введения, обзора литературы, главы «Материал и методы исследования», глав результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка использованной литературы. Диссертация иллюстрирована 75 таблицами и 103 черно-белыми фотографиями. Весь материал, представленный в диссертации, получен, обработан и проанализирован автором лично.
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному консультанту академику РАМН Юрию Ивановичу Бородину за помощь и поддержку на всех этапах выполнения работы.