Вишняков А.И. Кандидат биологических наук, доцент кафедры социальной психологии,
advertisement
Вишняков А.И. Кандидат биологических наук, доцент кафедры социальной психологии, ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛЕТОК КРАСНОГО КОСТНОГО МОЗГА ЖИВОТНЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СОЛЕЙ СВИНЦА Аннотация В исследованиях на цыплятах, подвергнутых воздействию солей свинца, с помощью электронно-микроскопических методов показано, что интенсивность деструктивных процессов клеток костного мозга зависит от времени, прошедшем после воздействия. Происходят изменения и структуры клеточных ядер, выявляющиеся морфологические признаки свидетельствуют о снижении транскрибции генов рибосомных РНК и о подготовке многих клеток к процессу апоптоза. Ключевые слова: миэлоциты, лимфопоэз, апоптоз. Keywords: mielocyte, lymphopoaesis, apoptosis. Производственная деятельность человека сопровождается глобальным обогащением окружающей среды вредными веществами. Одной из серьезных проблем экологии является защита окружающей среды от загрязнения тяжелыми металлами. Возрастающий объем ядовитых отходов наносит вред здоровью человека при прямом контакте или загрязнении пищи и питьевой воды. Миграция токсических элементов в объектах внешней среды ведет к накоплению их в воде, почве, кормах, организмах животных и, через продукты питания, у человека. Свинец – один из наиболее общеизвестных токсичных микроэлементов. Биологическое и медицинское значение свинца определяется его высокой токсичностью, способностью проникать в организм и накапливаться в нем, оказывая политропное действие. При свинцовом токсикозе поражаются в первую очередь органы кроветворения [1, 142]. Антропогенное поступление свинца значительно превышает природное. При сжигании нефти и бензина в окружающую среду поступает не менее 50 % всего антропогенного выброса свинца, что является главной составляющей в глобальном цикле данного элемента [3, 36; 4, 48; 5, 506]. Следствием высокой доли свинца (75 %) в автомобильных выхлопах является значительное поступление общего неорганического свинца в организм человека и животных. Другой важный источник антропогенного поступления свинца – выплавка цветных и черных металлов и горнодобывающая промышленность. Исследования были проведены в период с 2007 по 2009 годы в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет». Работа с биологическим материалом в исследованиях проводилась в соответствии с Международными принципами Хельсенской декларации (2000). С целью изучения влияния солей свинца на гемопоэз птицы было отобрано 140 суточных цыплят-бройлеров, из которых методом пар-аналогов было сформировано 2 группы. С кормом птица опытной группы получала 1,5 МДУ свинца в виде азотнокислой соли, что соответствует 4,5 мг свинца на 1 кг корма. В начале, через сутки и трое под эфирным рауш-наркозом проводили убой птицы (ВНИТИП, 2000) с последующим формированием проб красного костного мозга. Для ультратонкого исследования костный мозг фиксировали в 2,5 %-ном растворе глютаральдегида на фосфатном буфере с последующей часовой дофиксацией 1 %-ным раствором OsO4 на том же буфере. После обработки насыщенным раствором уранилацетата на 70 %-ном этаноле материал обезвоживали в спиртах восходящей крепости и заключали в эпон. Ультратонкие срезы изучали на просвечивающем электронном микроскопе JEM – 100 CX II (фирма JEOL, Япония). Уже через 1 сутки после попадания в организм цыплят азотнокислого свинца с кормом в дозе 1,5 МДУ в клетках костного мозга выявлялись признаки дистрофических изменений. Наиболее выраженные нарушения определялись в макрофагах, выполняющих, как известно, множество функций, в том числе защитную, и, вследствие этого, первыми подвергающихся интоксикации. Их цитоплазма была неоднородной, с большим количеством, различной электроноплотности, крупных и мелких включений, а иногда содержащей многочисленные светлые вакуоли. Большинство органелл в цитоплазме макрофагов разрушалось, поэтому они не просматривались. Перинуклеарные пространства в клетках расширялись. Гетерохроматин в ядрах макрофагов большей частью подвергался деструкции, в кариоплазме он определялся в виде расплывчатых островков. Макрофаги в костном мозге обычно в норме представлены неоднородными по структуре и функциональным свойствам клетками, но всегда богатыми лизосомами и фагосомами. Макрофаги при помощи своих отростков, проникающих через стенки синусов, улавливают из кровотока железосодержащее соединение (трансферрин) и далее передают его эритроидным клеткам для построения геминовой части гемоглобина, таким образом, активно участвуя в их построении и развитии. При свинцовой интоксикации, вероятно вследствие нарушений в макрофагах, в клетках эритробластических островков, окружающих их, также определялись морфологические изменения. В отдельных эритробластах подвергались деструкции рибосомы и полирибосомы, единичные митохондрии, часто гомогенизировалась цитоплазма, перинуклеарные пространства были отечными. Клетки были или вытянутой формы, или имели разнообразные очертания вместо округлой формы в норме. В ядрах эритробластических клеток, в основном по периферии, определялся в большом количестве гетерохроматин, который сильно уплотнялся. Клетки моноцитоидного ряда костного мозга также имели, в разной степени выраженности, признаки дистрофических изменений. Так, в промоноцитах разрушались органеллы в цитоплазме, вследствие этого она вакуолизировалась, или определялся выраженный отек перинуклеарного пространства, а органеллы сохранялись. Выявлялись также зрелые моноциты с более темной цитоплазмой и ядром, по периферии которого располагалась плотная полоса гетерохроматина. В цитоплазме зрелых моноцитов определялись короткие каналы ГЭР, округлые темные митохондрии, много рибосом и полирибосом, выявлялись маленькие округлые лизосомы, был хорошо выражен пластинчатый комплекс Гольджи. Клетки гранулоцитарного ряда имели разнообразные изменения. Большинство промиелоцитов сохраняли свою структуру. Тело клеток чаще овальной формы, с крупным овальным или почковидным ядром с небольшим количеством периферического гетерохроматина, иногда одним-двумя ядрышками. Цитоплазма обширна, содержит иногда, кроме мелких митохондрий, пластинчатый КГ с прилежащими центриолями, округлые цистерны ГЭР, множество свободных рибосом и полирибосом. В отдельных промиелоцитах в цитоплазме проявлялись дистрофические явления в виде деструкции крист в митохондриях и расширения перинуклеарного пространства. В более зрелых гранулоцитах определялись морфологические изменения в виде расширения цистерн ГЭР и ГЛЭР. Специфические гранулы в клетках теряли свою типичную структуру и становились разной плотности и разных размеров. Иногда выявлялись клетки с просветлевшими, как бы набухшими округлыми гранулами. Из клеток лимфопоэза встречались лимфобласты в виде крупных мононуклеарных клеток, до 25 мкм в диаметре, имеющие большое округлое или овальное ядро с многочисленными зернами гетерохроматина по периферии, иногда с 1-2 ядрышками. Цитоплазма содержала несколько округлых митохондрий, несколько коротких цистерн ГЭР и большое количество РНК в виде скоплений свободных рибосом и полирибосом. Иногда лимфоциты почти при полной сохранности ядра имели широкую цитоплазму с выраженными дистрофическими изменениями в виде деструкции внутриклеточных органелл, просветления и расширения участков цитоплазмы. Редко встречающиеся в поле зрения молодые клетки-предшественники (бластные клетки) костного мозга цыплят в данной опытной группе были округлой или несколько овальной формы, с крупным округлым или овальным ядром. С обширной цитоплазмой, содержащие мелкие светлые пузырьки, везикулы, небольшое количество округлых митохондрий и коротких цистерн ГЭР, множество свободных рибосом и полирибосом, иногда единичные небольшие комплексы Гольджи. Несмотря на сохранность большинства внутриклеточных органелл, внутри ядра часто выявлялись изменения в виде “таяния” ядрышек хроматина и ослабления плотности кариоплазмы. У некоторых бластных клеток в разной степени выраженности расширялись перинуклеарные пространства, начиная от слабой степени до сильной. Через 1 сутки после интоксикации цыплят азотнокислым свинцом в дозе 1,5 МДУ дистрофическим изменениям подвергались не только кроветворные, но и стромальные клетки костного мозга. В их цитоплазме количество органелл уменьшалось, определялись единичные набухшие митохондрии, различные везикулы и пузырьки. В ядрах хроматин также, частично разрушался, хотя форма ядер не изменялась. Через 3 суток после свинцовой интоксикации цыплят в большинстве кроветворных и стромальных клеток костного мозга, преимущественно в цитоплазме, обнаруживались уже выраженные деструктивные изменения. Органеллы полностью разрушались или вакуолизировались, и в цитоплазме вместо них часто встречались разного размера гетерогенные липидные включения. В большинстве макрофагов в эритроидных островках цитоплазма местами разрушалась, а местами содержала электроноплотные крупные и мелкие включения. Расширялись перинуклеарные пространства, в ядрах макрофагов хроматин сильно уплотнялся. В эритробластических клетках, окружающих их, также определялись морфологические изменения: подвергались деструкции рибосомы и полирибосомы, митохондрии, гомогенизировалась цитоплазма, перинуклеарные пространства были отечными. Клетки были или вытянутой формы, или имели разнообразные очертания вместо округлой формы в норме. Структура ядра эритробластов также отличалась от нормы, кариоплазма была гомогенной, а гетерохроматин сильно уплотнялся. Также определялась компенсаторная активация эритропоэза в виде увеличения в поле зрения количества ретикулоцитов и базофильно-зернистых эритроцитов. Молодые формы клеток костного мозга было сложно дифференцировать по структуре о принадлежности к определенному ряду, они также имели признаки дистрофических изменений, выраженные в разной степени. Так встречались светлые клетки, в цитоплазме которых разрушались органеллы, вследствие этого она вакуолизировалась, и определялся выраженный отек перинуклеарного пространства. Выявлялись также клетки с более темной цитоплазмой и ядром, в котором разрушался гетерохроматин. В некоторых таких клетках вместо органелл обнаруживались крупные липидные капли. Цитоплазма клеток моноцитоидного ряда была темной, в ней иногда просматривались короткие каналы ГЭР, округлые темные митохондрии, маленькие округлые лизосомы, множество пузырьков, везикул, редко выявлялся пластинчатый комплекс Гольджи. Встречались клетки с большим количеством гетерогенных фагосом в цитоплазме, большие из которых напоминали липидные включения. В молодых клетках гранулоцитарного ряда преобладали изменения отечного характера. В отдельных промиелоцитах в цитоплазме проявлялись дистрофические явления в виде деструкции крист в митохондриях, расширения перинуклеарного пространства, просветления специфических гранул и формирования внутри их мембраны светлой отечной полосы. Лимфоциты при сохранности округлого крупного ядра имели широкую цитоплазму с выраженными дистрофическими изменениями в виде деструкции внутриклеточных органелл, просветления и расширения участков цитоплазмы. Стромальные клетки костного мозга по сравнению с 1 сутками интоксикации имели более выраженные дистрофические изменения. В цитоплазме органелл было мало, определялись единичные набухшие митохондрии, различные везикулы и пузырьки, многочисленные гетерогенные крупные включения. В ядрах клеток хроматин сильно уплотнялся по периферическим участкам. После трех суток свинцовой интоксикации цыплят при изучении препаратов костного мозга в большинстве клеток, вне зависимости от того, к какому ряду относится та или иная клетка, обращали на себя внимание одинаковые изменения структуры ядра. Во-первых, выявлялись признаки, свидетельствующие о снижении транскрибции генов рибосомных РНК - ядерный хроматин плотно конденсировался по периферии кариолеммы или в кариоплазме, а ядрышки бледнели. Во-вторых, у многих клеток ядерный хроматин формировал довольно широкие плотные участки, и создавалась видимость подготовки клетки к апоптозу. В отдельных участках определялись клетки с пикнотичным плотным темным ядром. Таким образом, результаты исследования показали, что вредное воздействие азотнокислого свинца на клетки костного мозга начинает проявляться даже при небольшом превышении МДУ уже через 1 сутки интоксикации. В кроветворных и стромальных клетках костного мозга выявляются большей частью признаки дистрофических изменений, которые усиливаются по мере возрастания срока после воздействия азотнокислого свинца [2, 83]. В цитоплазме многих клеток формируются гетерогенные липидные включения, по нашему мнению они являются липидными продуктами деструкции клеточных мембран. При свинцовой интоксикации цыплят в костном мозге изменяется и структура клеточных ядер, выявляющиеся морфологические признаки свидетельствуют о снижении транскрибции генов рибосомных РНК и о подготовке многих клеток к процессу апоптоза. Литература 1. Авцын, А.П. Микроэлементозы человека / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Рим, Л.С. Страчкова. – М.: Медицина, 1991.- 233с. 2. А.И. Вишняков Электронно-микроскопические особенности костномозгового кроветворения птиц // Вестник ОГУ. – Оренбург. - № 12 /декабрь 2009. – С. 81 – 84. 3. Скальный, А.В. Диагностика, профилактика и лечение отравлением свинцом / Скальный А.В., Быков А.Т., Лимин Б.В. – М., 2002. – 52 с. 4. Isermann, K. Method to reduce contamination and uptake of lead by plants from car exhauet gases, Environ. – Pollut. – 1977. – P. 12 – 199. 5. C.H. Hill J. Nutr., 1979. – P. 501 – 507.
