Диссертация (Функциональная морфология мукоцилиарной транспортной системы трахеи крыс в постнатальном онтогенезе)

Государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«ЯРОСЛАВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙМЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»Министерства здравоохранения Российской ФедерацииНа правах рукописиЕСЕВ ЛЕОНИД ИВАНОВИЧУДК 611-018.7: 612.014.2+612.65ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОРФОЛОГИЯМУКОЦИЛИАРНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫТРАХЕИ КРЫС В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ03.03.04 – клеточная биология, цитология, гистологияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата медицинских наукНаучный руководительдоктор медицинских наукпрофессор А.В. ПавловЯрославль 20162ОглавлениеСтр.СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ …………………………………...4ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………….......5Глава 1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИЯ МУКОЦИЛИАРНОГОАППАРАТА ТРАХЕИ В РАЗЛИЧНЫЕ ВОЗРАСТНЫЕПЕРИОДЫ (обзор литературы) ……………………………..112.1.

Понятие, структурные компоненты ………….112.2. Эпителиальная выстилка ……………………….122.2.1. Клеточный состав зрелого2.3.2.4.эпителиального пласта ...………………....122.2.2. Гистогенез, возрастные изменения ………19Подслизистые железы ….……………………..222.2.1. Структура, локализация ..……………….222.2.2. Гистогенез, возрастные изменения …....24Механизмы поддержания тканевогогомеостаза в зрелом эпителиальном пласте ….262.4.1. Размножение и дифференцировка2.5.клеток……………………………………262.4.2.

Элиминация клеток из пласта ………...29Мукоцилиарный транспорт ….………………..322.5.1. Методические подходы к изучениюфункции мукоцилиарного аппарата …...322.5.2. Возрастные и региональныеособенности……………………………..37Заключение……………………………………...41Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………...432.6.3Глава 3. ГИСТОФИЗИОЛОГИЯ МУКОЦИЛИАРНОЙТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ТРАХЕИ КРЫС ВПОСТНАТАЛЬНОМ РАЗВИТИИ …………………………..544.1. Микроскопическое строение ….……………….544.1.1. Эпителиальная выстилка ……………...544.1.2. Подслизистые железы …………………554.2.Количественные характеристикиреспираторного эпителия …………………….554.2.1. Реснитчатые клетки …………………..554.2.2. Бокаловидные клетки …………………664.2.3. Базальные и промежуточные клетки …664.3.

Количественные параметры мукоцилиарногоклиренса …………………………………………334.3.1. Скорость движения слизи ……………444.3.2. Средняя площадь эпителиальнойвыстилки ………………………………444.3.3. Среднее время обновления слизи …...444.4. Прижизненные наблюдения процессовэлиминации клеток из эпителиальногопласта ……………………………………............444.5.

Объективная периодизация процессов ….……..44Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ….…..84ВЫВОДЫ ……………………………………………………...94ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ……………………...96СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..…………………………………...974СПИСОК СОКРАЩЕНИЙМЦТС – мукоцилиарная транспортная системаМЦТ – мукоцилиарный транспортМЦК – мукоцилиарный клиренсДАЦА - двигательная активность цилиарного аппаратаЧБР - частота биения ресничекСДС – скорость движения слизиРК – реснитчатая (мерцательная) клеткаДР - длина ресничкиВРК – высота реснитчатой клеткиБК – бокаловидная клеткаБЗК – базальная клетка5ВВЕДЕНИЕАктуальность проблемыВыбор темы настоящей работы связанс необходимостью углубленного изучения клеточных основ развитияреспираторного эпителия - сложной тканевой системы, играющей ключевуюроль в реализации защитных функций слизистой оболочки воздухоносныхпутей (Шубникова Е.А., 2011).

В основе мукоцилиарного транспорта (МЦТ)лежит эффективная работа реснитчатого аппарата мерцательных клеток,погруженного в жидкий перицилиарный слой и перемещающего за счетбиения ресничек более вязкий поверхностный слой слизи, между этимислоями расположен тонкий слой сурфактанта (Рихельманн Г., Лопатин А.С,1994; Завалий М.А., 2014 а, б). Основными источниками слизи являютсябокаловидные экзокриноциты в составе пласта и подслизистые железы(Puchelle E., 1981; Пискунов С.З., 2001; Захарова Г.П.

с соавт., 2010).Мерцательныеисекреторныеэлементыформируютмукоцилиарнуютранспортную систему (мукоцилиарный аппарат) воздухоносных путей(Umeke S., Vanabe T., 1992; Rubin B.K., 2002; Кобылянский В.В., 2008;Захарова Г.П. с соавт., 2010).В литературе имеются исследования, посвященные возрастнымособенностям микроскопической структуры (Kawamata S, Fujita H., 1983;Leigh M.W. et al., 1986; Carson J.L. et al., 1999) и транспортной функции(O'Callaghan C. et al., 1991; Voter K.Z.

et al., 1992; Joki S., Saano V., 1997; FrancisR.J. et al., 2009; Bailey K.L. et al., 2014) эпителиальной выстилки трахеи.Однако, большинство исследований захватывают лишь отдельные возрастныепериоды с использованием не всегда сопоставимого набора методическихподходов к исследованию МЦТ, отсутствуют работы по комплексномуизучению количественной динамики структурных и функциональныхпоказателей эпителиального пласта на протяжении всего постнатальногоразвития организма.6Вобеспеченииструктурнойифункциональнойцелостностиэпителиального пласта, наряду с пролиферацией и дифференцировкой клеток,существеннуюрольиграютпроцессыэлиминацииэпителиоцитов;сбалансированность этих процессов обеспечивается сложным комплексомвнутритканевых регуляторных механизмов (Eisenhoffer G.T., Rosenblatt J.,2013).

Показано, что физиологическая убыль эпителиоцитов реализуется нетолько через механизмы апоптоза (Rosenblatt J. et al., 2001), из пластаэлиминируются и морфологически жизнеспособные (без инициации гибели)элементы (Eisenhoffer G.T. et al., 2012; Marinari E. et al., 2012). Применительнок эпителиальной выстилке воздухоносных путей показана важная рольапоптоза, как механизма элиминации поврежденных клеток в норме и приразвитии патологических процессов (Tesfaigzi Y., 2006); однако сведения овозможности элиминации из пласта жизнеспособных эпителиоцитов влитературе отсутствуют.Большинство предложенных различными авторами методическихподходов к изучению мукоцилиарного транспорта разработаны для целейклинической диагностики (Jorissen M.

et al., 2000; Шабалин В.В., 2002;Trindade S.H. et al., 2007; Ostrowski L.E. et al., 2011). Вопросы адаптацииданных методик к экспериментальным исследованиям на лабораторныхживотных в литературе освещены менее подробно (Марков Г.И., 1976, 1996;King M., 1998; Francis R.J. et al., 2009). Поэтому выбор эффективного иинформативного алгоритма исследования структурных и функциональныхпараметровэпителиальнойвыстилкивоздухоносныхпутейуэкспериментальных животных с использованием современной цифровойтехники и программного обеспечения также остается актуальной задачей,требующей своего решения (Алексеев Д.С., Попечителев Е.П., 2012).Цель исследования -определение возрастных закономерностейразвития мукоцилиарной транспортной системы трахеи крыс на основаниипроведения комплексного морфологического и функционального анализаосновных ее структурных компонентов.7Задачи исследованияВ соответствии с поставленной целью былиопределены следующие задачи:1.

Разработкаоптимальногоалгоритмафункциональногоиморфологического изучения мукоцилиарного аппарата трахеи (регистрацияскорости движения слизи in vivo и двигательной активности цилиарногоаппарата in vitro в сочетании с гистологическим исследованием структурыоргана).2. Морфологическийиморфометрическийанализструктурыэпителиальной выстилки и желез трахеи на протяжении постнатальногоразвития животных.3. Количественныйанализвозрастнойдинамикипоказателеймукоцилиарной транспортной системы.4. Прижизненный анализ феномена экструзии клеток респираторногоэпителия трахеи с целью выделения фаз процесса и последующей регистрацииих морфологических эквивалентов на гистологических препаратах.5.

Установление корреляционных связей между структурой двигательногои секреторного компонентов мукоцилиарного аппарата и параметрамицилиарного транспорта в постнатальном онтогенезе.6. Объективнаяпериодизацияпроцессовпостнатальногоразвитиямукоцилиарного аппарата трахеи.Научная новизнаВпервые в рамках целостного исследованияполучены оригинальные количественные данные о структурной организациии функциональной активности мукоцилиарной транспортной системы трахеив динамике постнатального развития крыс.В результате прижизненных наблюдений впервые продемонстрированфеномен экструзии эпителиоцитов из пласта in vivo, на основании чегоопределеныкритериирегистрацииэлиминируемыхклетокнагистологических срезах. Показано, что экструзии подвергаются не толькогибнущие клетки, но и морфологически жизнеспособные элементы.8На основе математического анализа комплекса количественныхпараметровобъективноустановленыграницыосновныхэтаповпостнатального развития мукоцилиарного аппарата и построена модельонтогенетического роста эпителиальной выстилки трахеи.Научно-практическое значениеВ результате проведенногоисследования сформулирован ряд положений, расширяющих современныепредставления об онтогенетических закономерностях структурной ифункциональной дифференцировки респираторного эпителия трахеи имеханизмах поддержания внутритканевого гомеостаза.Впервые разработан и апробирован прямой метод изучения скоростидвижения слизи у мелких лабораторных животных в опытах in vivo.Предложенныйкомплексныйалгоритмфункциональногоиморфологического изучения мукоцилиарного аппарата трахеи может бытьиспользован как тест-система для выявления влияния на организм факторовразной природы (техногенные загрязнения, оценка эффекта лекарственныхпрепаратов и пр.).