Системное морфологическое ремоделирование сосудов сердца и легких при пневмокониозе

По данным Всемирной организации здравоохранения в 2010 г. по уровню смертности от патологий органов кровообращения Россия занимала место в группе наиболее неблагополучных стран [1]. Патология гемодинамической системы с изменением структуры сосудистой стенки часто рассматривается в качестве пускового механизма развития многих патологических изменений. В литературе последних лет большое внимание уделяется изменениям эндотелиального слоя сосудов, вошедшим в терминологическую группу эндотелиозов. Профессиональные факторы могут спровоцировать повреждение эндотелия, при этом создается относительно устойчивый дисбаланс вазоактивных веществ, в результате чего создаются условия для развития сосудистой недостаточности, приводящие впоследствии к основному патогенетическому механизму повреждения ткани внутренних органов с провоцирующей фиброгенной дегенерацией. Поврежденные эндотелиальные клетки обуславливают дисфункцию многих систем организма с развитием органной недостаточности [2, 3]. Изменение мор-фогистоструктуры сосудов, так называемое ремоделирование, связано с различными факторами риска развития поражения не только сосудов органов-мишеней, но и долгосрочными изменениями во всей сосудистой системе, приводящими на начальных стадиях к функциональным малозаметным нарушениям органов, а в дальнейшем к грубым органным перестройкам с неполноценностью того или другого органа.

Доказано, что эндотелиальный компонент занимает видное место в вегетативной функции и может оказывать определенное влияние на крове- носный сосуд. Материалы исследований последнего времени дают основания считать, что эндотелий модулирует реактивность гладких миоцитов сосудистой стенки. Эндотелиальные клетки рассматриваются как матричная зона практически любого органа, как источник его репаративных процессов. Реализация этих возможностей может быть доказана благодаря наличию в эндотелиальном слое клеток, способных к пролиферации и дифференцировке в другие гистогенетические генерации с изменением морфофенотипа клеток. По мнению отечественных и зарубежных исследователей изменения эндотелия сопровождается возникновением дезорганизации сосудистого гистиона с повреждением сосудистой стенки, сопровождаясь изменением молекул клеточной кооперации [4, 5, 6].

В связи с этим огромное значение приобретает расширение представления о патогенезе органных изменений у работников угольной промышленности, более точная идентификация, прогнозирование и доклиническая диагностика сосудистых факторов риска, что, несомненно, может способствовать разработке целенаправленных мер ранней диагностики поражений и профилактики заболеваний, связанных с пылевым фактором.

В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение морфологических изменений стенки сосудов сердца и легких в динамике развития пневмокониотического процесса.

Материал и методы.

Осуществлено гистологическое и морфометрическое исследование сердечной и легочной ткани 60 случаев судебно-медицинских экспертиз шахтеров, погибших в техногенной катастрофе, которые проходили периодические медицинские осмотры и были признаны годными к работе. Средний возраст шахтеров находился в пределах 22-64 лет (39,3±2,1), вредный стаж - 0,5-30 лет (16,4±2,0).

Все шахтеры искусственно были разделены на группы по возрасту. К I группе были отнесены лица, имеющие подземный стаж работы от 5 до 9 лет (n=15), ко II - стаж от 10 до 20 лет (n=21), в III группу вошли шахтеры со стажем работы более 20 лет (n=24).

Группа контроля состояла из 25 судебномедицинских экспертиз погибших при автодорожной катастрофе мужчин в возрасте не старше 30 лет и не имевших органной патологии.

Для исследования использовался аутопсийный материал, сердечной мышцы и легочной ткани с фрагментами гемодинамической системы.

С целью изучения ранних морфологических изменений сосудов (артерий) сердечной мышцы и легких, формирующихся при длительном вдыхании угольно-породной пыли (УПП), проведен эксперимент на белых лабораторных крысах-самцах 2

групп: опытной (n=90) и контрольной (n=45). Животные опытной группы подвергались ингаляционному воздействию в затравочной камере УПП угля марки газово-жирный с размером пылевых частиц до 5 микрон в средней концентрации 50 мг/м3. Запыление проводили 5 раз в неделю по 4 часа в интермиттирующем режиме. Общая продолжительность эксперимента составила 12 недель. Контрольные животные находились в равной по объему камере, где поддерживался тот же режим температуры и воздухообмена, но без поступления УПП. Для гистологического исследования морфологических изменений сосудов сердца и легких у крыс экспериментальной и контрольной групп через 1, 3, 6, 9 и 12 недель эксперимента, после декапитации, которую проводили под эфирным наркозом, забирали фрагменты легких и сердца.

Эксперименты проводили в соответствии с международными правилами Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей «Guide for the Care and Use animals» (Страсбург, 1986), «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приложение к приказу МЗ № 755 от 12.08.1977; приказ № 1179 от 10.10.83).

Приготовление гистологических образцов тканей было стандартным. Кусочки органов фиксировали в нейтральном 12% формалине. Далее материал промывали, обезвоживали в спиртах возрастающей концентрации. Для гистологической окраски тканей применялись основные и дополнительные красители: окраски гематоксилин-эозином, пикро-фуксином по Ван Гизону, азаном по Гайденгайну, трехцветной окраской по Массону, окраской по Вейгерту и Гомори. Микроскопирование и микрофотосъемка гистологических препаратов проводились с помощью микроскопа Olympus СX31 RBSF (Германия) при увеличении окуляра 10х20 и объектива 20, 40 и 100 с водной и масляной иммерсией.

Морфометрические измерения сосудов сердца и легких шахтеров проводились с использованием программы Bio Vision 4.0 серии. В сосудах сердца измеряли площадь клеток эндотелиального слоя, толщину стенки сосудов, толщину периваскулярного фиброза. В сосудах легких – толщину эндотелия, гладкомышечного слоя и периваскулярного фиброза. Линейные размеры в гистологических образцах измеряли многократно, в среднем – 10 раз, в связи с чем, количество измерений в несколько раз превышало количество исследуемых объектов.

Морфометрического измерения гемодинамических структур в эксперименте не проводилось. Степень выраженности изменений в сосудах сердца и легких опытной группы животных оценивалась по-луколичественным методом по балльной системе: 0

баллов – отсутствие изменений, 1 балл – минимальные, 2 балла – умеренно выраженные, 3 балла – выраженные изменения.

Результаты и обсуждение.

Гистологические и морфометрические исследования сосудов сердца шахтеров, имевших стаж работы от 5 до 9 лет, показали развитие гипертрофии эндотелиальных клеток с признаками увеличения ядерного компонента клетки и гиперхромии ядра, отмечалось выбухание клеток в просвет сосудов с явлениями ядерной дезориентации по отношению к их стенке, что приводило к увеличению общей площади эндотелиоцитов (S энд. ). Последние изменения были наиболее значимы в сосудах диаметром 50-100 микрон (S энд =40,59±3,24 мк при контрольном значении – 32,17±2,59 мк; p<0,05). Ядра эндотелиоцитов имели различную плотность, контуры кариолеммы были неровные, частично размытые. Нередко рядом с измененными клетками располагались мелкие зоны с признаками отека и фенестрации, сопровождающиеся деструкцией цитолеммы и кариолеммы. Данные признаки, вероятнее всего, свидетельствовали о возрастании функциональной активности внутриклеточных структур эн-дотелиоцитов в условиях повышенной пылевой нагрузки. Отмечалось увеличение общей толщины стенки самих сосудов, в большей степени из-за гипертрофических изменений медиальной оболочки. Аналогичные изменения всех структур кардиососудов наблюдались у экспериментальных животных, подвергающихся воздействию УПП на протяжении 3-6 недель (1 балл).

Стажированность сопровождалась нарастанием вышеупомянутых изменений. При исследовании сосудов сердца шахтеров, имевших стаж работы в подземных условиях от 10 до 20 лет, и животных, вдыхавших УПП на протяжении 6-9 недель, было отмечено нерезкое увеличение общего количества эндотелиоцитов и их площади, патологические изменения прогрессировали (S энд (d <50 мк) = 32,79±4,72 мк; S энд (d=50-100 мк) = 40,59±3,24 мк; S энд (d=100-200 мк) = 51,17±4,9 мк; S энд (d >200 мк) = 65,95±9,48 мк при контрольных показателях – 25±3,29 мк, 32,17±2,59 мк, 40,53±3,88 мк и 52,35±7,62 мк соответственно; p<0,05). В патологический процесс были вовлечены также мышечные волокна средней оболочки, наблюдалось незначительное изменение их гистоструктуры в виде патологической извитости, фрагментации, очагового миолиза. Характерно поражение наружного слоя сосудистой стенки в виде прогрессирующего отека с просветлением и дискомплексацией цитоплазмы. В различных слоях сосудов появлялась очаговая лимфогистиоцитарная инфильтрация. Степень выраженности данных морфологических изменений оценивалась в 2 балла.

Увеличение стажа работы до 20 лет, а также продолжительности воздействия УПП в эксперименте до 12 недель приводило к развитию значительных изменений в кардиососудах (3 балла), захватывающих все слои сосудистой стенки.

Развитие периваскулярного фиброза отмечалось во всех исследуемых группах шахтеров. В значительной степени он проявлялся у стажированных лиц (толщина фиброза (d<50 мк) – 38,53±2,06 мк; толщина фиброза (d=50-100 мк) – 59,35±2,41 мк; толщина фиброза (d=100-200 мк) – 83,68±3,23 мк; толщина фиброза (d >200 мк) – 57,53±3,85 мк при контрольном показателе (d >200 мк) – 14,33±1,3; p<0,05) и у животных после 12 недели пылевого воздействия (3 балла), размеры его превосходили толщину стенки сосудов.

Гистологические и морфометрические исследования сосудов легких у шахтеров носили аналогичный изменениям сосудов сердца характер с полной корреляцией линейных размеров в зависимости от диаметра сосудов.

Выводы:

• 1.    Морфологические изменения стенки сосудов, формирующиеся в условиях различной длительности пылевой нагрузки, в виде эндотелиоза, диффузной гипертрофии гладкомышечного компонента медиального слоя, утолщения стенки сосуда, развития периваскулярного фиброза носят системный характер.

• 2.    Изменения в сосудах сердца и легких начинали регистрироваться у шахтеров, имевших стаж работы в подземных условиях от 5 до 10 лет. Данные нарушения приводили не только к морфоструктурной трансформации сосудов различного диаметра, но и обменно-дистрофическим изменениям высокоспециализированных паренхиматозных элементов с последующими фибропластическими реакциями.

• 3.    Морфологические изменения эндотелиоци-тов сосудов сердца и легких могут рассматриваться как зона репаративно-пролиферативных процессов и источник клеток фибропластического ряда, как матрица первичных этиопатогенетических процессов.

• 4.    Однотипные морфологические изменения сосудов сердца и легких в условиях пылевой нагрузки могут говорить об единых патогенетических механизмах развития патологических процессов в этих органах.

• 5.    Развитие экспериментального пневмоконио-тического процесса подтверждает существование стадийности в формировании морфологических изменений сосудов сердца и легких. Все морфологические изменения сосудистого компонента сердца и легких были аналогичны полученным при прове-

• дении гистологических экспертиз аутопсий и начинали развиваться после 3 недели воздействия УПП, достигая максимальной степени выраженности к 12 неделе эксперимента.