Русский
EnglishОценка силы влияния паров толуола на показатели гистоморфометрии кортикальных нефронов у белых крыс различного возраста
ID: 2016-12-6-A-10905
Оригинальная статья
ГУ Луганский государственный медицинский университет
Резюме
Цель: оценить методом однофакторного дисперсионного анализа силу влияния паров толуола на показатели гистоморфометрии кортикальных нефронов у белых крыс разного возраста. Материал и методы: Эксперимент проведен на 180 крысах (неполовозрелых (НК), половозрелых (ПК) и инволютивных (ИК), подразделенных на контрольную группу и крыс, которые 60 дней получали ингаляции толуола с экспозицией в 5 часов 10 ПДК. По окончании воздействия изготовляли поперечные срезы почек в области ворот толщиной 4-6 мкм, окрашенные гематоксилин-эозином, проводили гистоморфометрию кортикальных нефронов. Полученные данные оценивали методом однофакторного дисперсионного анализа. Результаты. Воздействие паров толуола у подопытных животных всех возрастных групп в ходе всего периода наблюдения достоверно влияло на показатели характеризующие структурно-функциональное состояние проксимальных извитых канальцев кортикальных нефронов. Максимальная сила влияния зарегистрирована у НК, ПК и ИК на увеличение диаметра просветов проксимальных извитых канальцев на 1 день – соответственно 86,5, 85,6 и 91,8%, и сохранялась до 60 дня – соответственно 18,4, 49,8 и 85,0%. Как правило, сила влияния паров толуола на исследуемые показатели у НК сохранялась на одном уровне до 7 дня наблюдения, у ПК – до 15 дня, а у ИК – до 30 дня наблюдения. Заключение. 60-дневное воздействие паров толуола оказывало наибольшее влияние на увеличение просветов проксимальных извитых канальцев, выраженность влияния зависела от возраста подопытных животных.
Ключевые слова
толуол, кортикальные нефроны, однофакторный дисперсионный анализ, сила влияния
Введение
Доказано, что повышенное содержание толуола в атмосфере сопровождается морфологическими изменениями со стороны органов дыхательной, репродуктивной, пищеварительной, костной, эндокринной и иммунной систем [1]. Также, в наших предшествующих исследованиях было установлено, что 60-дневное воздействие паров толуола на организм белых крыс различного возраста сопровождается негативными изменениями структурно-функционального состояния кортикальных нефронов [2–4]. Однако, количественная оценка силы влияния паров толуола на показатели гистоморфометрии кортикальных нефронов в зависимости от возраста биологических объектов и длительности периода реадаптации до сих пор не проводилась.
Цель
изучение силы влияния 60-дневного воздействия паров толуола на организм белых крыс различного возраста на последующее изменение показателей гистоморфометрии структурных компонентов кортикальных нефронов в зависимости от возраста биологических объектов и длительности периода реадаптации.
Материал и методы
Эксперимент проведен на 360 белых беспородных крысах-самцах трех возрастных периодов: неполовозрелых, половозрелых и периода инволютивных изменений. Животные были получены из вивария ГУ «Луганский государственный медицинский университет» и на протяжении эксперимента содержались согласно требованиям и положениям, установленных «Европейской Конвенцией по защите позвоночных животных, использующихся для экспериментальных и научных целей» (Страсбург, 1986).
Выделяли такие экспериментальные группы: 1-я группа – крысы (контрольная группа), которым в течение 2 месяцев внутрибрюшинно вводили изотонический физиологический раствор, 2-я группа – крысы, которые ежедневно на протяжении двух месяцев в установке для ингаляционного введения веществ получали ингаляции толуола с единоразовой экспозицией 5 часов в концентрации 500 мг/кг (10 ПДК).
Крыс выводили из эксперимента на 1, 7, 15, 30, 60 день после завершения двухмесячного воздействия толуола. Животных после эфирного наркоза взвешивали на весах и декапитировали, вскрывали брюшную полость, отпрепаровывали и забирали почки, проводили измерение органометрических параметров, после чего изготавливали поперечные срезы почек в области ворот органа толщиной 4–6 мкм. Для изучения структурных компонентов почек гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином. Детали гистологического строения органа изучали при помощи цитоморфологического комплекса на базе микроскопа Olympus BX 41. Гистоморфометрические параметры различных структурных компонентов кортикальных нефронов определяли при помощи программы «Master of Morphology» [5], а количественные показатели обрабатывали с использованием стандартных прикладных программ. С целью выявления силы влияния контролируемого фактора (воздействие паров толуола) на результирующие гистоморфометрические показатели кортикальных нефронов проводили однофакторный дисперсионный анализ. Силу влияния контролируемого фактора рассчитывали как h2 (квадрат корреляционного отношения) × 100% [6].
Результаты
В предшествующих исследованиях [2–4] нами было установлено, что воздействие паров толуола с экспозицией 5 часов в 10 ПДК в течение 60 дней сопровождается увеличением почечных телец за счет увеличения площади просвета капсулы, а также увеличением диаметров проксимальных и дистальных извитых канальцев и их просветов. На 1 день после окончания воздействия у неполовозрелых и половозрелых крыс определяется увеличение площади сосудистого клубочка и высоты эпителия проксимальных извитых канальцев, а в период старческих изменений – снижение этих показателей.
В период реадаптации после воздействия паров толуола выявленные изменения постепенно сглаживались, но достоверные отличия от контрольных показателей в большинстве случаев сохранялись до конца наблюдения; темпы восстановления зависели от возраста подопытных животных. Быстрее всего показатели, характеризующие структурно-функциональное состояние нефронов восстанавливались у неполовозрелых крыс, у которых после 30 дня наблюдения показатели гистоморфометрии почечных телец и дистальных извитых канальцев не отличались контрольных. Медленнее всего исследуемые показатели восстанавливались у инволютивных животных: на 60 день диаметры проксимальных извитых канальцев и их просвета оставались больше контрольных на 6,67 и 12,34%, а высота эпителия оставалась меньше контроля на 4,83%.
При оценке силы влияния паров толуола с единоразовой экспозицией 5 часов в 10 ПДК в течение двух месяцев на морфо-функциональное состояние структурных компонентов кортикальных нефронов у неполовозрелых крыс было установлено, что условия 2-й группы эксперимента наиболее продолжительно влияли на увеличение общей площади почечных телец и площади сосудистого клубочка – с 1 по 30 день наблюдения (сила влияния действующего фактора составила при этом соответственно 61,0, 47,1, 21,4 и 7,4%, и 66,4, 62,1, 41,1 и 12,6%). На увеличение площади просвета капсулы условия 2-й группы эксперимента оказывали достоверное влияние на 1 и 7 день наблюдения, а сила влияния составила 22,0 и 9,7%.
При оценке силы влияния паров толуола на морфо-функциональное состояние проксимальных извитых канальцев установили, что во все сроки наблюдения условия 2-й группы эксперимента оказывали достоверное влияние на увеличение диаметров канальцев и их просветов (сила влияния действующего фактора при этом составила соответственно 80,0, 75,5, 58,5, 42,6 и 14,3%, и 86,5, 88,8, 79,4, 57,8 и 18,4%). На увеличение высоты эпителия проксимальных извитых канальцев условия 2-й группы эксперимента оказывали достоверное влияние на 1, 7 и 30 день наблюдения (сила влияния действующего фактора составила соответственно 9,9, 6,3 и 7,2%).
Наконец, на структурно-функциональное состояние дистальных извитых канальцев условия 2-й группы эксперимента оказывали достоверное влияние с 1 по 30 день наблюдения: воздействие паров толуола достоверно влияло на диаметр канальцев (сила влияния действующего фактора составила 79,0, 75,9, 62,3 и 45,6%), на диаметр их просветов (сила влияния – 65,6, 58,2, 65,2 и 30,7%) и на высоту эпителия (сила влияния – 43,3, 41,8, 15,1 и 20,2%).
Таким образом, воздействие паров толуола в течение 60 дней с экспозицией 5 часов в 10 ПДК на неполовозрелых белых крыс достоверно влияло в период с 1 по 60 день периода реадаптации на показатели характеризующие структурно-функциональное состояние проксимальных извитых канальцев кортикальных нефронов. На показатели, характеризующие структурно-функциональное состояние почечных телец и дистальных извитых канальцев кортикальных нефронов, действие паров толуола влияло менее продолжительно – с 1 по 30 день наблюдения.
Максимальная сила влияния действующего фактора была зарегистрирована на 1 день наблюдения на увеличение площади сосудистого клубочка (66,4%), на увеличение диаметра просвета проксимальных извитых канальцев (86,5%) и на увеличение диаметра дистальных извитых канальцев (79,0%). Как правило, сила влияния паров толуола на исследуемые показатели у неполовозрелых крыс была максимальной на 1 день после окончания воздействия, сохранялась приблизительно на одном уровне до 7 дня наблюдения, а затем постепенно понижалась.
При оценке силы влияния паров толуола с экспозицией 5 часов в 10 ПДК в течение двух месяцев на морфо-функциональное состояние структурных компонентов кортикальных нефронов у половозрелых крыс было установлено, что условия 2-й группы эксперимента наиболее продолжительно влияли на увеличение площади просвета капсулы – с 1 по 60 день наблюдения (сила влияния действующего фактора составила соответственно 66,4, 28,6, 33,8, 13,3 и 7,3%). Также, условия 2-й группы эксперимента у половозрелых крыс достоверно влияли на увеличение общей площади почечного тельца с 1 по 30 день наблюдения (сила влияния действующего фактора составила 22,1, 18,9, 13,2 и 9,8%) и на увеличение площади сосудистого клубочка с 1 по 15 день (сила влияния действующего фактора составила 11,3, 9,7 и 6,1%).
На показатели гистоморфометрии проксимальных извитых канальцев условия 2-й группы эксперимента у половозрелых белых крыс достоверно влияли в ходе всего периода наблюдения. Наиболее продолжительно условия 2-й группы эксперимента оказывали достоверное влияние на увеличение диаметра проксимальных извитых канальцев и диаметра их просветов – с 1 по 60 день наблюдения (сила влияния действующего фактора составила соответственно 70,6, 69,3, 71,0, 59,3 и 19,1%, и 85,6, 83,1, 86,1, 77,1 и 49,8%). Также, условия 2-й группы эксперимента у половозрелых крыс оказывали и достоверное влияние на увеличение высоты эпителия проксимальных извитых канальцев, но лишь на 1 и 7 день наблюдения (сила влияния – 5,9 и 8,0%).
Достоверное влияние условий 2-й группы у половозрелых крыс на изменение структурно-функционального состояния дистальных извитых канальцев также регистрировалось в ходе всего периода наблюдения. При этом условия 2-й группы эксперимента оказывали достоверное влияние на увеличение диаметра дистальных извитых канальцев и диаметра их просветов – с 1 по 60 день наблюдения (сила влияния действующего фактора составила соответственно 74,9, 74,3, 76,5, 58,3 и 23,2%, и 91,0, 84,7, 87,8, 73,1 и 48,2%). Достоверное влияние условий 2-й группы эксперимента на высоту эпителия дистальных извитых канальцев зарегистрировано не было.
Таким образом, воздействие паров толуола в течение 60 дней с экспозицией 5 часов в 10 ПДК на половозрелых белых крыс достоверно влияло с 1 по 60 день периода реадаптации на показатели характеризующие структурно-функциональное состояние почечных телец, а также проксимальных и дистальных извитых канальцев кортикальных нефронов.
Максимальная сила влияния действующего фактора была зарегистрирована на 1 день наблюдения на увеличение площади просвета капсулы почечного тельца (66,4%), а также на увеличение диаметра просветов проксимальных и дистальных извитых канальцев (85,6% и 91,0%). Как правило, сила влияния паров толуола на исследуемые показатели у половозрелых крыс была максимальной на 1 день после окончания воздействия, сохранялась приблизительно на одном уровне до 15 дня наблюдения, а затем постепенно понижалась.
При оценке силы влияния воздействия паров толуола с экспозицией 5 часов в 10 ПДК в течение двух месяцев на структурно-функциональное состояние кортикальных нефронов у белых крыс старческого возраста было установлено, что условия 2-й группы эксперимента достоверно влияли (по отношению к параметрам 1-й группы) во все сроки наблюдения на уменьшение площади сосудистого клубочка (сила влияния действующего фактора составила соответственно 12,4, 10,2, 11,3, 9,5 и 7,0%) и на увеличение площади просвета капсулы (сила влияния действующего фактора составила соответственно 48,0, 50,9, 47,3, 48,1 и 39,8%). На общую площадь почечного тельца условия 2-й группы эксперимента у белых крыс старческого возраста достоверного влияния не оказывали.
При оценке влияния условий 2-й группы эксперимента на структурно-функциональное состояние проксимальных извитых канальцев установили, что достоверное влияние регистрировалось в ходе всего периода наблюдения: на увеличение диаметра проксимальных извитых канальцев и диаметра их просветов (сила влияния действующего фактора составила соответственно 70,6, 68,1, 65,2, 65,0 и 48,2%, и 91,8, 91,4, 90,6, 88,3 и 85,0%), а также на уменьшение высоты эпителия проксимальных извитых канальцев (сила влияния действующего фактора составила 17,9, 13,7, 14,9, 8,4 и 12,5%).
Наконец, условия 2-й группы эксперимента у белых крыс старческого возраста оказывали достоверное влияние с 1 по 60 день наблюдения на увеличение диаметра дистальных извитых канальцев и диаметра их просветов (сила влияния действующего фактора составила соответственно 67,1, 70,4, 66,2, 65,3 и 39,1%, и 85,4, 83,3, 88,3, 83,5 и 69,8%). На изменение высоты эпителия дистальных извитых канальцев условия 2-й группы эксперимента у инволютивных животных не оказывали.
Таким образом, воздействие паров толуола в течение 60 дней с экспозицией 5 часов в 10 ПДК на белых крыс старческого возраста достоверно влияло в период с 1 по 60 день периода реадаптации на показатели, характеризующие структурно-функциональное состояние почечных телец, а также проксимальных и дистальных извитых канальцев интракортикальных нефронов.
Максимальная сила влияния действующего фактора была зарегистрирована на 1 день наблюдения на увеличение диаметра просветов проксимальных извитых канальцев (91,8%), на 7 день на увеличение площади просвета капсулы почечного тельца (50,9) и на 15 день на увеличение диаметра просветов дистальных извитых канальцев (88,3%). Как правило, сила влияния паров толуола на исследуемые показатели у инволютивных крыс сохранялась приблизительно на одном уровне до 30 дня наблюдения, а затем постепенно понижалась.
Обсуждение
Проведенный однофакторный дисперсионный анализ показал, что воздействие паров толуола в течение 60 дней с экспозицией 5 часов в 10 ПДК на подопытных животных всех возрастных групп оказывало достоверное влияние в ходе всего периода наблюдения на показатели характеризующие структурно-функциональное состояние проксимальных извитых канальцев кортикальных нефронов. При этом максимальная сила влияния оказывалась во всех возрастных группах на увеличение диаметра просветов проксимальных извитых канальцев на 1 день – соответственно 86,5, 85,6 и 91,8%, и сохранялась до 60 дня – соответственно 18,4, 49,8 и 85,0%.
У неполовозрелых крыс максимальная сила влияния действующего фактора была зарегистрирована на 1 день на увеличение площади сосудистого клубочка (66,4%), на увеличение диаметра просвета проксимальных извитых канальцев (86,5%) и на увеличение диаметра дистальных извитых канальцев (79,0%), у половозрелых – также на 1 день наблюдения на увеличение площади просвета капсулы почечного тельца (66,4%), а также на увеличение диаметра просветов проксимальных и дистальных извитых канальцев (85,6% и 91,0%), а у инволютивных – на 1 день наблюдения на увеличение диаметра просветов проксимальных извитых канальцев (91,8%), на 7 день на увеличение площади просвета капсулы почечного тельца (50,9) и на 15 день на увеличение диаметра просветов дистальных извитых канальцев (88,3%).
Как правило, сила влияния паров толуола на исследуемые показатели у неполовозрелых крыс сохранялась приблизительно на одном уровне до 7 дня наблюдения, у половозрелых – до 15 дня, а у – до 30 дня наблюдения.
Полученные результаты можно, предположительно объяснить следующим образом. Доказано, что толуол выступает в роли индуктора продукции и секреции PGE2 та PGF2α опосредованно через активацию циклооксигеназы-2 и p38 MAPK окислительно-восстановительным способом [7]. PGE2, являясь вазодилататорами [8], воздействуют на афферентную и эфферентную артериолы, а также на мезангиальные клетки сосудистого клубочка, в результате чего изменяется скорость клубочковой фильтрации.
Это, вероятно, приводит к увеличению площади просвета гломерулярной капсулы и сопровождается вторичным увеличением диаметра просвета проксимальных и дистальных канальцев и диаметра самих канальцев.
Разную направленность изменений площади сосудистого клубочка и высоты эпителия извитых канальцев у подопытных животных различного возраста можно объяснить высокой лабильностью нервной и эндокринной систем, повышенной проницаемостью сосудов микроциркуляторного русла, недостаточным формированием всего спектра адаптационных механизмов, которые у неполовозрелых крыс протекают наиболее активно. Противоположно направленные изменения у крыс периода старческих изменений наоборот определяется возрастное падение общей реактивности организма, снижение проницаемости сосудов микроциркуляторного русла, склонность к разрастанию соединительной ткани и развитию гипоксических состояний [9].
Заключение
Воздействие паров толуола в течение 60 дней с экспозицией 5 часов в 10 ПДК на подопытных животных всех возрастных групп в ходе всего периода наблюдения достоверно влияло на показатели характеризующие структурно-функциональное состояние проксимальных извитых канальцев кортикальных нефронов. Максимальная сила влияния зарегистрирована во всех возрастных группах на увеличение диаметра просветов проксимальных извитых канальцев на 1 день – соответственно 86,5, 85,6 и 91,8%, и сохранялась до 60 дня - соответственно 18,4, 49,8 и 85,0%. Как правило, сила влияния паров толуола на исследуемые показатели у неполовозрелых крыс сохранялась на одном уровне до 7 дня наблюдения, у половозрелых – до 15 дня, а у инволютивных – до 30 дня наблюдения.
Конфликт интересов. Работа была выполнена в рамках плана научных исследований ГУ «Луганский государственный медицинский университет» и является составной частью научно-исследовательской работы кафедры анатомии человека, оперативной хирургии и топографической анатомии «Морфогенез органов эндокринной, иммунной и костной систем под хроническим влиянием летучих компонентов эпоксидных смол» (государственный регистрационный номер №0109U00461).
Литература
- Лузин В.И., Фастова О.Н., Морозов В.Н., Морозова Е.Н. Гистоморфометрические параметры дистальных извитых канальцев почек крыс различных возрастных групп на фоне ингаляционного воздействия толуола с применением корректоров // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия Медицина. Фармация. 2016. Т. 5 (2226). 33. С. 99–103.
- Макарова Н.В., Трофимец В.А. Статистика в Excel: учебное пособие. М.: Финансы и статистика, 2002. 368 с.
- Овчаренко В.В., Маврич В.В. Компьютерна програма для морфометричних досліджень «Master of Morphology» // Свід. про реєстрацію авт. права на винахід № 9604. Дата реєстрації 19.03.2004.
- Рыкова Ю.А. Влияние эпихлоргидрина и толуола на организм // Український морфологічний альманах. 2013. Т. 11, № 4. С. 109–111.
- Фастова О.Н. Гистоморфометрические параметры почечных телец крыс различных возрастных групп на фоне ингаляционного воздействия толуола с применением корректоров // Загальна патологія та патологічна фізіологія. 2014. Т. 9, № 2. С. 67–72.
- Фастова О.Н. Гистоморфометрические параметры проксимальных извитых канальцев почек крыс различных возрастных групп на фоне ингаляционного воздействия толуола с применением корректоров // Проблеми екологічної та медичної генетики і клінічної імунології: збірник наукових праць. 2014. Т. 6 (126). C. 50–57.
- Mögel I., Baumann S., Böhme A. The aromatic volatile organic compounds toluene, benzene and styrene induce COX-2 and prostaglandins in human lung epithelial cells via oxidative stress and p38 MAPK activation // Toxicology. 2011. Т. 289 (1). P. 28–37.
- Olesen E.T.B., Fenton R.A. Is There a Role forPGE2in Urinary Concentration? // J. Amer. Soc. Nephrol. 2013. 24. P. 169–178.
- Wang X., Vrtiska T.J., Avula R.T. Age, kidney function, and risk factors associate differently with cortical and medullary volumes of the kidney // Kidney Int. 2014. Vol. 85. P. 677–685.
