Ультрамікроскопічні зміни в легенях щурів старечого віку за умов експериментальної гіперглікемії

Abstract

Цукровий діабет (ЦД) — це група метаболічних (обмінних) захворювань, що характеризуються хронічною гіперглікемією внаслідок порушень секреції інсуліну, дії інсуліну або обох цих чинників. Хронічна гіперглікемія при ЦД супроводжується ураженням очей, нирок, нервів, серця, кровоносних судин та, в меншому ступені, органів шлунково-кишкового тракту, опорно-рухової та дихальної систем. Мета. Виявити на ультраструктурному рівні зміни у легенях щурів старечого віку і за умов експериментальної гіперглікемії. Матеріали та методи. Дослідження проведені на 36 білих лабораторних щурах обох статей, віком від 20 до 26 місяців, масою 226,1±0,13 г. Піддослідні тварини були поділені на 6 груп по 6 тварин у кожній: 1) з гіперглікемією тривалістю 30 діб; 2) 60 діб; 3) 90 діб; 4) 120 діб 5) 150 діб 6) 180 діб. Для відтворення хронічної гіперглікемії тваринам вводили підшкірно розчин алоксана моногідрата з розрахунку 20мг на 100г ваги тіла щура в 0,1М цитратному буфері (рН 4,0). Були використані наступні методи дослідження: трансмісійна електронна мікроскопія легень з ультраморфометрією у динамічному режимі з використання універсальної сертифікованої програми “SEO Scan Lab 2.0" та "SEO Image Lab 2.0. Результати та обговорення. На 30 добу експерименту альвеолоцити ІІ-го типу мали типову форму, спостерігалось зменшення ворсинок на апікальній поверхні, матрикс мітохондрій був просвітлений з деформованими крістами, цитоплазма – вакуолізована. Виявлено розволокнення осміофільного матеріалу всередині тілець, проміжки між пластинами та осміофільні тільця були збільшеними, деформованими. кількість вторинних лізосом збільшилась. На 60 добу тривання гіперглікемїї ультрамікрометричні виміри доводять про прогресивне потовщення товщини альвеолярного бар’єру (ТАБ) на 1,2% у порівнянні з тваринами зі строком діабету 30 діб (471,8±0,72нм(р<0,05). Характерною відмінністю було раннє та значне збільшення сполучнотканинних волокон в легеневому інтерстиції та міжклітинних проміжках. Осміофільний матеріал пластинчастих тілець мав розрихлену структуру. Через 90 діб експерименту ультрамікроморфометрія ТАБ свідчила про її зростання у порівнянні з попереднім строком діабету в 1,3 рази (602,1±0,18нм (р<0,05) за рахунок фіброзних процесів у інтерстиційному та міжклітинному просторах. Дистрофічні явища спостерігались не тільки у пневмоцитах ІІ типу, але і в пневмоцитах І типу. У 4 місяці експерименту ультрамікроскопічні виміри свідчили про незначні зміни ТАБ у порівнянні з 90 добою експерименту до 615,1±0,9нм (р<0,05). На тлі вищеописаних явищ у легеневій паренхімі відбувалося зростання кількості нейтрофілів, що фагоцитували часточки зруйнованих альвеолоцитів ІІ типу. На 150 добу хронічної гіперглікемії встановлено, що цитоплазматичні відростки альвеолоцитів І типу майже не містили органел та простягались на значну відстань від ядра. Частіше зустрічались зони оголення базальної мембрани за рахунок порушення міжклітинних контактів. Плазмолема місцями була просвітленою та містила вакуолі. Між собою клітини з’єднані дещо розрихленими міжклітинними сполученнями. Поряд зі збільшеною кількістю альвеолоцитів ІІ типу виявлена поява плазмоцитів, що свідчило про ще більшу активацію імунної відповіді на ряду з проліферацією макрофагів, поліморфноядерних лейкоцитів. ТАБ досягла на 180 добу експерименту 630,7±0,93нм (р<0,05), що на 1,2% більше, ніж у попередньому місяці експерименту. Ділянки фіброзування гемато-альвеолярного бар’єру спостерігались не вогнищево, а генералізовано. Кількість мітохондрій зменшувалась, вони збільшувались у розмірах, міняли типову форму на округлу, кристи у середині набухали та деформувались. Висновки. В результаті проведеного експерименту можна стверджувати про враження як стромального, так і паренхіматозного компонентів легень продуктами порушення обміну глюкози під впливом хронічної алоксанової гіперглікемії. Зі зростанням строку дослідження знижувався місцевий імунітет, що проявлялось збільшенням кількості лейкоцитів, плазмоцитів і макрофагів. Найбільш чутливими клітинами до гіперглікемії виявились альвеолоцити ІІ типу, що в результаті порушувало синтез сурфактанту і, в свою чергу, знижувало бактерицидну та макрофагальну активність легень та збільшувало проникність альвеол, що проявлялось явищами вакуолізації (набряку). Фіброзування легеневої паренхіми за рахунок гіпертрофії і гіперплазії колагенових волокон провокувало порушення їх еластичної функції.

Diabetes mellitus (DM) is a group of metabolic (metabolic) diseases characterized by chronic hyperglycemia due to impaired insulin secretion, insulin action, or both. Chronic hyperglycemia in diabetes is accompanied by damage to the eyes, kidneys, nerves, heart, blood vessels and, to a lesser extent, the organs of the gastrointestinal tract, musculoskeletal and respiratory systems. Aim. Detect at the ultrastructural level changes in the lungs of senile rats and experimental hyperglycemia. Materials and methods. The studies were performed on 36 white laboratory rats of both sexes, aged 20 to 26 months, weighing 226.1 ± 0.13 g. The experimental animals were divided into 6 groups of 6 animals each: 1) with hyperglycemia lasting 30 days; 2) 60 days; 3) 90 days; 4) 120 days 5) 150 days 6) 180 days. To reproduce chronic hyperglycemia, the animals were injected subcutaneously with a solution of alloxan monohydrate at a rate of 20 mg per 100 g of rat body weight in 0.1 M citrate buffer (pH 4.0). The following research methods were used: transmission electron microscopy of the lungs with ultramorphometry in dynamic mode using the universal certified program "SEO Scan Lab 2.0" and "SEO Image Lab 2.0". Results and discussion. On day 30 of the experiment, type II alveolocytes had a typical shape, a decrease in villi on the apical surface was observed, the mitochondrial matrix was enlightened with deformed crosses, and the cytoplasm was vacuolated. The defibering of the osmophilic material inside the bodies was revealed, the gaps between the plates and the osmophilic bodies were enlarged and deformed. the number of secondary lysosomes increased. At 60 days of hyperglycemia, ultramicrometric measurements show a progressive thickening of the thickness of the alveolar barrier (TAB) by 1.2% compared with animals with diabetes for 30 days (471.8 ± 0.72 nm) (p <0.05). The difference was the early and significant increase in connective tissue fibers in the pulmonary interstitium and intercellular spaces. , 18nm (p <0.05) due to fibrous processes in the interstitial and intercellular spaces.Dystrophic phenomena were observed not only in type II pneumocytes but also in type I pneumocytes.In 4 months of the experiment ultramicroscopic measurements showed slight changes in TAB compared to 90 days of the experiment to 615.1 ± 0.9 nm (p <0,05) Against the background of the above phenomena in the lung parenchyma there was an increase in the number of neutrophils that phagocytosed points of destroyed alveolocytes of the II type. On day 150 of chronic hyperglycemia, it was found that the cytoplasmic processes of type I alveolocytes contained almost no organelles and extended a considerable distance from the nucleus. Zones of exposure of the basement membrane due to violation of intercellular contacts were more common. Plasmolema was enlightened in places and contained vacuoles. The cells are connected by slightly loosened intercellular connections. Along with the increased number of type II alveolocytes, the appearance of plasma cells was detected, which indicated an even greater activation of the immune response along with the proliferation of macrophages, polymorphonuclear leukocytes. TAB reached 180 days of the experiment 630.7 ± 0.93 nm (p <0.05), which is 1.2% more than in the previous month of the experiment. Areas of fibro-alveolar barrier fibrosis were not generalized but generalized. The number of mitochondria decreased, they increased in size, changed their typical shape to round, the cristae in the middle swelled and deformed. Conclusions. As a result of the conducted experiment it is possible to assert about impression of both stromal, and parenchymatous components of lungs by products of disturbance of a metabolism of glucose under the influence of chronic alloxan hyperglycemia. As the duration of the study decreased, local immunity decreased, which was manifested by an increase in the number of leukocytes, plasma cells and macrophages. The most sensitive cells to hyperglycemia were type II alveolocytes, which in turn disrupted surfactant synthesis and, in turn, reduced bactericidal and macrophage activity of the lungs and increased alveolar permeability, which was manifested by vacuolation (edema). Fibrosis of the lung parenchyma due to hypertrophy and hyperplasia of collagen fibers provoked a violation of their elastic function.