МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ
КРИМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ім.С.І.ГЕОРГІЄВСЬКОГО
Шимкус Тетяна Серг іївна
УДК 611.24:531.5:616-08:615:615.83:5989:616-074/078
Вікові особливості будови легень під впливом
Гравітаційних перевантажень та при застосуванні
Різних засобів їх корекції
(анатомо-експериментальне дослідження)
14.03.01 – нормальна анатомія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата медичних наук
Сімферополь – 2008
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Кримському державному медичному університетіім. С.І. ГеоргієвськогоМОЗ України.
Науковий керівник : доктор медичних наук, професор Пикалюк Василь Степанович , Кримський державний медичний університетім. С.І. Георгієвського МОЗ України, завідувач кафедри нормальної анатомії. |
Офіційні опоненти: заслужений діяч науки и техніки України,
доктор медичних наук, професор
Козлов Володимир Олексійович,
Дніпропетровська державна медична академія МОЗ України, завідувачкафедри анатомії людини;
доктор медичних наук, професор
Лазарев Костянтин Леонідович,
Кримський державний медичний університет
ім. С.І. Георгієвського МОЗ України, завідувач
кафедри медичної біології, паразитології та генетики
Захист відбудеться “12 ”червня 2008 р. о 14.00 годині
на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 52.600.02 при Кримському
державному медичному університеті ім. С.І. Георгієвського
(95006, м. Сімферополь, б. Леніна, 5/7).
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кримського державного медичного університету ім. С.І. Георгієвського
(95006, м. Сімферополь, б. Леніна, 5/7).
Автореферат розісланий “08 ” травня 2008 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
к. мед. н., доцент. Г.О. Мороз
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Легені, крім функції газообміну, виконують ряд різноманітних нереспіраторних функцій – метаболічну, секреторну, терморегуляторну, бар'єрну, екскреторну, та ін., і тим самим беруть участь в підтримці гомеостазу організму. У свою чергу, легені підпадають під вплив різних чинників навколишнього середовища.
Авіація в XXI столітті набуває нову якість — надманевреність, яка пов'язана з дією динамічних перевантажень, що повторюються, з високим градієнтом наростання і спаду (В.А. Пономаренко, 2001). Переносимість перевантажень значною мірою пов'язана зі станом органів дихання. Це пов'язано з тим, що з одного боку, дихальна система забезпечує покриття різко зростаючих енерговитрат і кисневого запиту організму, що виникають внаслідок тканинної і циркуляторної гіпоксії за рахунок підвищення тонусу скелетної мускулатури, направлених на підтримку пози тіла в умовах збільшення його маси. З іншого боку, органи дихання піддаються впливу перевантаження і пов'язаних з ним граничних за інтенсивністю статичних м'язових навантажень, що виявляється вираженими змінами не тільки біомеханіки дихання, але і вентиляційно-перфузійних відносин у легенях (И.В. Бухтияров, О.Л. Головкина, М.Н. Хоменко, 2004). Однак методи захисту від перевантажувальних прискорень, що використовуються у сучасній авіації, не надають достатнього протекторного ефекту свідченням чого є негативні показники професійного здоров'я льотного складу (Р.А. Вартбаронов, М.Н. Хоменко, Р.А. Бондаренко 1996; М.В. Дворников, М.Н. Хоменко, В.С. Воеводин, 2000).
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до тематичного плану наукових досліджень Кримського державного медичного університету ім. С.І. Геогієвського у рамках науково-дослідної теми кафедри нормальної анатомії №0104U002080 «Вікові морфофункціональні особливості окремих органів і систем організму під впливом різних гравітаційних перевантажень та при різних методах їх корекції» та у рамках медико-біологічної програми в області космічних досліджень АН України.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є комплексна оцінка структурної організації легенів щурів різних вікових періодів під впливом гравітаційних перевантажень та на тлі їх корекції запропонованими методами.
Для досягнення поставленої мети були визначені наступні завдання:
1. Виявити морфологічні особливості легенів статевонезріліх щурів під впливом гравітаційних перевантажень.
2. Вивчити структурні особливості легенів статевозріліх щурів під впливом гравітаційних перевантажень.
3. Описати макро-мікроскопічні особливості легенів щурів старечого віку під впливом гравітаційних перевантажень.
4. Визначити характер структурних змін у легенях щурів різного віку при дії гіпергравітації на тлі запропонованих засобів фізичного захисту і фармакологічної корекції.
Об'єкт дослідження: морфо-функціональні особливості органів дихальної системи під впливом гравітаційних перевантажень.
Предмет дослідження: морфологічні зміни в легенях щурів різних вікових груп під впливом гравітаційних перевантажень та на тлі їх корекції запропонованими методами.
Методи дослідження: органометричний і гістоморфометричний – для кількісної оцінки структурних змін в легенях щурів; гістологічний і ультрамікроскопічний – для вивчення морфологічних критеріїв пошкодження і компенсаторно-пристосовних реакцій легенів на різних рівнях структурної організації; метод варіаційної статистики – для визначення достовірності одержаних результатів, а також однофакторний дисперсійній аналіз для визначення їх взаємозв'язку.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в експерименті дано комплексну оцінку морфометричних змін в легенях щурів різних вікових груп після дії на організм тварин гравітаційних перевантажень та при застосуванні різних методів їх корекції. За допомогою комплексу класичних методів дослідження (макро- і гістоморфометричного, електронно-мікроскопічного, математичного) одержані пріорітетні дані, що свідчать про структурні зміни легенів після дії гіпергравітації. Доведена ефективність засобу фізичного захисту та фармакологічної корекції прі впливі гравітаційних перевантажень.
Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати розширють уявлення про морфогенез легенів у різні вікові періоди під впливом гравітаційних перевантажень, а також можуть бути використані у функціональній морфології дихальної системи, пульмонології, авіаційній і космічній медицині для прогнозування несприятливих змін у легенях. Пропонуються методи, за допомогою яких ступінь змін, що виникають в легенях при дії на організм гіпергравітації, може бути значно знижена.
Основні положення і висновки дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес і науково-дослідну роботу кафедри анатомії людини Української державної стоматологічної академії, кафедри анатомії людини Дніпропетровської державної медичної академії, кафедри анатомії людини Вінницького національного медичного університету, кафедри анатомії людини Луганського державного медичного університету.
Особистий внесок дисертанта. Автором самостійно проведені патентно-інформаційний пошук, аналіз наукової літератури з даної проблеми, забір експериментального матеріалу для світлової та електронної мікроскопії, аналіз гістологічних препаратів і електроннограм, органометрія і гістоморфометрія з подальшою їх статистичною обробкою та узагальненням одержаних результатів. Всі розділи дисертації написані дисертантом самостійно. Здобувач провела аналіз результатів дослідження, сформулювала положення і висновки.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися та обговорювалися на: 77-й науково-практичній конференції (Сімферополь, 2005); 78-й міжвузівській науково-практичній конференції студентів і молодих учених «Теоретические и практические аспекты современной медицины» (Сімферополь, 2006); 79-й науково-практичній конференції студентів і молодих вчених «Теоретические и практические аспекты современной медицины» (Сімферополь, 2007); IV міжнародному конгресі з інтеграційної антропології (Вінниця, 2007), 80-й міжнародної науково-практичній конференції студентів і молодих вчених «Теоретические и практические аспекты современной медицины» (Сімферополь, 2008)
Публікації. Основні результати дисертації відображені в 11 наукових працях, з них: 5 статей – в спеціалізованих журналах ліцензованих ВАК України, 6 тез. Самостійно опубліковано 5 наукових робіт.
Структура і об'єм дисертації. Дисертація викладена на 171 сторінках друкованого тексту і складається зі вступу, огляду літератури, матеріалу і методів дослідження, результатів власних досліджень, однофакторного дисперсійного аналізу одержаних результатів, обговорення результатів дослідження, висновків, практичних рекомендацій переліку використаних джерел (253 найменування, у тому числі 143 зарубіжних) та додатків (6 таблиць, що займають 12 сторінок). Дисертація ілюстрована 27 діаграмами, 36 мікрофотографіями.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Матеріал і методи дослідження: експеримент був проведений на 180 білих щурах лінії Вістар, розподілених на 3 вікові групи: Згідно схеми експерименту, усі тварини розподілені на 3 вікові групи: I група - статевонезрілі тварини із початковою масою 110-120 г; II - група статевозрілі тварини із початковою масою 220-240 г; III - група тварини періоду старечих змін із початковою масою 300 –330 г.
Всі вікові групи складалися з 5 серій, по 12 тварин в кожній. Першу серію (контрольну) склали тварини, які не піддавалися протягом всього експериментального періоду гравітаційним перевантаженням. У зв'язку з тим, що умови експерименту передбачали наявність таких побічних чинників як шум, вібрація і відсутність освітлення всередині центрифуги, для забезпечення дослідження безпосереднього впливу саме гіпергравітації, тварини контрольних серій у момент експерименту знаходилися в однотипних, світлонепроникних, пластикових контейнерах на верхній площині центрифуги. У 2 серію ми включили тварин, які піддавалися дії гравітаційних перевантажень. Перевантаження створювалися за допомогою експериментальної центрифуги ЦЕ-2/500 з радіусом 0,5 м і робочим діапазоном від 1 до 50 g. Величина перевантаження складала 9 g, градієнт наростання складав 1,4-1,6 од/с., спаду – 0,6-0,8 од/с. Експеримент проводився щодня, в один і той же час, протягом 10 хвилин. Для забезпечення стандартних умов, тварини 2 серії поміщалися в спеціальні пластикові контейнери, що давало можливість фіксувати всіх щурів в однаковій позиції. У 3 серію увійшли тварини, які піддавалися дії ідентичних перевантажень, але знаходилися в умовах запропонованого нами фізичного захисту. Щурів поміщали в герметичний пластиковий контейнер, забезпечений системою вентиляції, який у свою чергу поміщався в металевий циліндр, заповнений водою. Прототипом методу фізичного захисту був взятий імерсійний спосіб фізичного захисту біологічних об'єктів при дії гравітаційних перевантажень, який полягає в зануренні тварини в рідке середовище (В.В. Лысенко, А.И. Бекетов, 2002; В.С. Пикалюк, С.О. Мостовой, 2006). Четверту серію склали тварини, які піддавалися дії гравітаційних перевантажень при застосуванні фармакологічної корекції. Фармакологічною корекцією було внутрішньоочеревинне введення глутаргіну (фармацевтична компанія “Здоров'я”, м. Харків), в дозуванні 100 міліграм/кг маси тварини безпосередньо перед дією гіпергравітації.Тварини 5 серії знаходилися під впливом гравітаційних перевантажень в умовах фізичного захисту і фармакологічної корекції одночасно.Залежно від терміну експерименту тварини кожної серії були розподілені на 2 підгрупи. У підгрупу А увійшли щури, які піддавалися дії гравітаційних перевантажень протягом 10 днів, а підгрупу Б склали тварини, що знаходилися в експерименті 30 днів.
Утримання і годування тварин здійснювалося відповідно до науково-практичних рекомендацій за утриманням лабораторних тварин (В.И. Западнюк, И.П. Западнюк,Е.А. Захария, 1985).
Експеримент на тваринах виконували відповідно до правил Європейської конвенції захисту хребетних тварин, що використовуються в експериментальних і інших наукових цілях (протокол №6 від 23 жовтня 2007р. засідання Комітету з біоетики Кримського державного медичного університету ім. С.І. Георгієвського).
При завершенні термінів експерименту тварин забивали під ефірним наркозом і проводили забір матеріалу.
Після виділення легені зважували на електронних вагах з точністю до 1 міліграма. Відносну масу легенів розраховували за формулою:
Відн. маса легенів = абс . маса легенів (г)/ маса щура (г) х 100
Для гістологічного дослідження шматочки тканини розміром 1х1х1 см фіксували у 5% розчині нейтрального формаліну. Після фіксації матеріал промивали, зневоднювали у батареї спиртів висхідної концентрації, проводили через хлороформ і заливали в парафін. На санному мікротомі готували зрізи товщиною 7-8 мкм, які потім забарвлювали гематоксиліном і еозином і за Ван-Гізоном. Гістоморфометричне дослідження проводили за допомогою цитоморфологічного комплексу ”Olympus” – Сx 31 і цифрової відеокамери ”Olympus” - C 5050 ZOOM з об'єктивами мікроскопа Plan 4 х 0,10, 10 x /0,25 і Plan 40 x /0,65. За допомогою комп’ютерної програми Image-ProPlusVersion 4.5 для гістологічного дослідження визначали питомий об'єм легеневої тканини з незміненою архітектонікою, емфізематозно змінених ділянок, ателектазу, дистелектазу і крововиливів. Так само проводили визначення діаметру прекапілярних артеріол, гемокапілярів і посткапілярних венул.
Матеріал для трансмісійної електронної мікроскопії забирали з ділянок легенів вільних від крупних судин і бронхів. Заливку в смоли проводили за стандартною методикою. Напівтонкі зрізи (1 мкм) виготовляли на ультратомі УМПТ-7, забарвлювали метиленовою синню і переглядали в світловому мікроскопі для орієнтовного визначення характеру матеріалу. Після цього виготовляли ультратонкізрізи (30 – 60 нм), які після забарвлення за Рейнольдсом переглядали і фотографували на електронному мікроскопі ПЕМ-100.
Статистичну обробку цифрових даних результатів дослідження проводили з використанням загальноприйнятих методів варіаційної статистики за допомогою комп’ютерної програми Statistica 6.0. Достовірною вважали імовірність похибки менше 5% (р≤0,05).
Проведений однофакторний дисперсійний аналіз впливу вивчаємих чинників, при цьому при вивченні генеральної сукупності довірчі межі сили впливу вивчаємого чинника, визначали при рівні значущості р≤0,05.
Результати дослідження та їх аналіз. Отримані нами дані узгоджуються з думкою ряду авторів про те, що безпосередня дія гравітаційних перевантажень на організм щурів лінії Вістар різних вікових періодів призводить, в першу чергу, до гемодинамічних розладів, тобто до набряку легеневої тканини.
При макроскопічних дослідженнях це підтверджувалося тим, що у всіх вікових групах незалежно від тривалості експерименту відбувалося різне за виразністю збільшення відносної маси легенів. У групі статевонезрілих щурів після 10 днів експерименту даний параметр збільшився на 78,01% (p<0,05), а у статевозрілих тварин відносна маса легенів збільшилася лише на 37,57% (p<0,05) порівняно з контролем. Що стосується щурів старечого віку, то збільшення відносної маси легенів склало 56,82% (p<0,05) і 63,48% (p<0,05) після 10 і 30 днів експерименту відповідно.
Дані макрометричного дослідження легенів підтверджуються результатами світлової та електронної мікроскопії.Вплив гравітаційних перевантажень на легені статевонезрілих щурів протягом 10 днів був більш виражений порівняно з такими в групах щурів статевозрілого і старечого віків.
Питомий об'єм крововиливів зріс в 14 разів порівняно з контролем. Так само було виявлено зниження вмісту легеневої тканини з незміненою архітектонікою на 77,65% (p<0,05), семикратне збільшення питомого об'єму емфіземтозно змінених ділянок, а вміст ателектазу і дистелектазу зріс у 5 і 2,5 разів відповідно. При дослідженні судин мікроциркуляторного русла було встановлено, що діаметр венул і гемокапілярів збільшився більше, ніж в півтора рази порівняно з контролем, а артеріоли знаходилися в стані спазму і зменшення їх діаметру склало 12,74% (p<0,05). За даними дисперсійного аналізу сила впливу чинника на досліджувані параметри коливалася в межах 40,3% - 99,9%.
На ультраструктурному рівні спостерігали явища розладу кровообігу, вираженого інтрацелюлярного набряку, дистрофічні, деструктивні процеси, а також наявна тенденція до розвитку компенсаторних процесів, що виявлялося посиленням функціональної активності альвеолоцитів II типу та альвеолярних макрофагів.Мабуть, це пов’язано із незрілістю легеневих структур і викликаним цім уповільненням розвитку адаптаційно-компенсаторних механізмів. Це підтверджується менш вираженим характером морфологічніх проявив десятиденної дії гіпергравітації в групі статевозрілих і старих щурів . При гістоморфометричному дослідженні легенів щурів даних вікових груп питомий об'єм легеневої тканини з незміненою архітектонікою знижувався на 69,79% (p<0,05) і 68,76% (p<0,05) відповідно, тоді як вміст емфізематозно змінених ділянок зростав триразово, ателектазу в 5 і 2,5 раз, дистелектазу в 4 і 6 разів, а крововиливів у 9 разів. Діаметр капілярів збільшувався в два рази, а венул на 90,83% (p<0,05) і 60,45% (p<0,05), порівняно з контролем.
Артеріоли знаходилися в стані спазму, проте за даними гістоморфометричного дослідження і зниження їх діаметру було статистично достовірним тільки в групі щурів старечого віку. Ці дані співпадають з одержаними раніше результатами (П.С. Пащенко, Б.В. Рисман, 2002; И.Б. Краснов, Л.Н. Дьякова, 2007;HakemanA.L., SheriffD.D., 2003).За даними дисперсійного аналізу сила дії гіпергравітації на вивчаємі параметри складала 18,0% - 99,8%.
Ці результати підтверджувалися даними трансмісійної електронної мікроскопії, де деструктивні і дистрофічні зміни в будові аерогематичного бар'єру легенів статевозрілих щурів і тварин в періоді старечих змін були менш виражені. Все це може свідчити про розвиток адаптаційних процесів, що виникають після повторної дії гравітаційних перевантажень (И.Б. Краснов, Е.И. Алексеев, В.И. Логвинов, 1998; Е.Г. Длусская, Р.К. Киселев, Р.А. Вартбаронов, М.Н. Хоменко, 2003).
Після 30 днів експерименту виявлено, що найбільш схильні до впливу гіпергравітації легені щурів старечого віку. У даній групі питомий об'єм незміненої паренхіми знизився на 77,82% (p<0,05), тоді як в групах статевонезрілих і статевозрілих тварин відбулося зниження даного показника на 69,79% (p<0,05), і 62,16% (p<0,05). Мало місце збільшення вмісту крововиливів у 12 разів, тоді як в групі статевонезрілих щурів даний показник зріс у 8 разів, а у статевозрілих тварин у 5 разів. Так само спостерігалося дванадцятиразове збільшення питомого об'єму дистелектазу, двократне збільшення вмісту емфізематозних, а питомий об'єм ателектазу зріс у 1,5 раза. Сила дії чинника на досліджувані параметри була достатньо висока і коливалася в межах 20,5% - 99,8%. На ультраструктурному рівні був виявлений виражений набряк, який виражався розмитістю контурів базальних мембран і розширенням міжклітинних контактів, наявністю парусоподібних виростів цитоплазми з подальшим мікроклазматозом і ознаками деструктивних процесів, що характеризуються наявністю в просвіті судин і альвеол десквамованих ендотеліальних клітин і альвеолоцитів I типу. У багатьох спостереженнях в альвеолоцитах II типу були виявлені ознаки їх деструкції, які були представлені появою осміофільних пластинчастих тілець з неправильними контурами, нерівномірною осміофілією осміофільного матеріалу з його частковою гомогенізацією, або навпаки – з розривом бімембранних пластин. Іноді на місці осміофільних пластинчастих тілець утворювалася крупна вакуоль, яка була обмежена одинарною мембраною і містила всередині залишки осміофільних пластин. На думку ряду авторів (Н.Ю. Новиков, 1997; В.В. Кудинов, Л.К. Романова, 2003), альвеолоцити II типу є популяцією клітин аерогематичного бар'єру найбільш резистентною до різного роду впливів. Отже розвиток в них деструктивних процесів указує на значні порушення, що виникають в легеневій тканині у відповідь на дію чинника, і свідчать про подальше збільшення прогресування деструктивних процесів, однією з причин яких, можливо, є пригнічення системи сурфактанту легенів.
У групі статевонезрілих і статевозрілих тварин вміст питомого об'єму крововиливів збільшився в 8 і 5,5 разів, вміст дистелектазу збільшився в 4 і 5 разів, частка емфізематозних ділянок зросла в 3 і 10 разів, а ателектазу – в 5 разів і на 65,03% (p<0,05) відповідно. У всіх вікових групах зменшення діаметру артеріол мало статистично недостовірний характер.
Порівняно з контролем, просвіт гемокапілярів і посткапілярних венул в легенях щурів старечого віку збільшився більше, ніж у 1,5 і 2,5 рази, в групі статевозрілих щурів дані параметри зросли в 2 рази і на 29,26% (p<0,05), а в групі статевонезрілих тварин – у 2 рази і на 90,83% (p<0,05) відповідно. За даними дисперсійного аналізу
8-09-2015, 19:08