The effect of passive smoking on the structure of hepatocytes and the state of the microcirculatory bed in the liver in rats



Cite item

Abstract

Smoking is an important social problem that greatly threatens the health of the population. The purpose of the study is to study the effect of smoking on the hepatobiliary system. Material and methods. We used 46 outbred white male rats. Control group - intact animals (n=10). Experimental rats: 1-animals were in an atmosphere of tobacco smoke for 7 days (n=12), 2-14 days (n=12), 3-for 21 days (n=12). Results. The greatest changes in the liver were noted in the third group - small foci of necrosis were detected, around which a perifocal inflammatory reaction occurred. There were signs of hydropic dystrophy and the presence of acidophilic lumps around the nuclei, thrombotic masses in the vessels. Signs of capillaryization of sinusoids were revealed. In all groups, the number of cells up to 10 µm in diameter significantly increased. In animals of the 1st group in the central zones there was a tendency to increase the percentage of cells with a diameter of up to 10-20 microns, in the 2nd group it increased 3 times in the central and 2.6 times in the peripheral zones, and in the 3rd group - 3.4 times and in peripheral zones - 2.8 times (p<0.001). There was a decrease in the number of cells with a diameter of up to 20-30 microns (%) in group 1, in group 2 in the central zones - 1.9 times, in peripheral - 1.5 times, in group 3 - 2.7 times, in peripheral – 2 times (p<0.001). The number of cells with a diameter of more than 30 microns has changed, the greatest changes were noted in the peripheral zones: in group 1.2 - a decrease of 2.7 times, in group 3 - 2.9 times. Conclusions. Under tobacco smoke intoxication in rats, dystrophic and necrobiotic changes occurred in the liver, a decrease in the number of binuclear cells, a decrease in the number of normal hepatocytes with a diameter of 20–30 μm, and an increase in the percentage of cells with a diameter of up to 10 μm and 10–20 μm.

Full Text

Курение - важная социальная проблема, которая сильно угрожает здоровью населения и влечёт экономические потери для государства [1, 2]. Курение сигарет является фактором риска преждевременной заболеваемости и смертности. Курение в анамнезе наблюдается примерно у 40% пациентов с заболеваниями печени. Лежащие в основе механизмы сложны и включают различные патофизиологические пути, включая окислительный стресс и онкогенные сигналы. Вред от курения может проявляться немедленно - раздражение дыхательной системы, носоглотки, глаз, может появиться головокружение, тошнота, головная боль, или спустя какое-то время в виде различных заболеваний [3]. Хотя табачные вещества претерпевают первичный метаболизм в печени, специалисты традиционно уделяют мало внимания процессам, связанных с курением [4, 5]. Это может привести к ошибочному мнению, что курение само по себе не оказывает влияния на гепатобилиарную систему. Печень является органом, метаболизирующим различные чужеродные вещества, яды и токсины. Кроме того, печень занимает ключевые позиции в поддержании гомеостаза в организме, играет важную роль в адаптационных реакциях, что определяется ее участием в осуществлении метаболических функций, поддержании межорганных и межсистемных связей [4]. Несмотря на общедоступную информацию и подробное описание клинических проявлений, практически отсутствует морфологическое описание изменений в печени при курении. В связи с несомненной актуальностью проблемы, цель исследования - изучение влияние фактора образа жизни (курения) на гепатобилиарную систему.

   Материал и методы. В работе использованы 46 беспородных белых крыс-самцов, весом 280 г, 6 месяцев (что соответствует среднему возрасту), которые подверглись воздействию табачного дыма. Контрольная группа – интактные животные (n=10), находились в затравочной камере без табачного дыма 2 раза в день в 6.00 и 18.00 в течение 7, 14, 21 дней. Опытные крысы были разделены на 3 группы: 1-животные были в условиях табачного дыма в течение 7 дней (n=12), 2- на протяжении 14 дней (n=12), 3-на протяжении 21 дня (n=12). Опытные животные находились в затравочной камере (табачный дым - сжигание 2-х сигарет) в течение 30-ти минут 2 раза в день в 6.00 и 18.00. Применялась пластиковая камера объемом 0,3 м3. Задымление камеры осуществлялось при сгорании сигарет в удерживающем устройстве. По мере сгорания сигареты, проводилась их замена, тем самым обеспечивалось постоянное поступление дыма в затравочную камеру. Равномерное распределение дыма было осуществлено при помощи вентилятора. Расчет эквивалентной дозы никотина и времени экспозиции животных табачным дымом осуществлялся на основании апробированной модели [6] и расчетов [7, 8]: если в среднем средне - статистический курильщик выкуривает одну пачку (20 сигарет) в день, то в организм при этом попадает 20 мг никотина. Исходя из этого, эквивалентная доза никотина для крысы, от средней массы человека в 70 кг, составит 0,043 мг в день. Учитывая расчетные данные, в затравочную камеру было по 5 животных. Одно животное в опыте получало максимум 0,048 мг никотина, что соответствовало суточной дозе для человека. В эксперименте применяли сигареты, содержащие в дыме вещества (согласно ГОСТ 39352000): смолы – 10 мг/сиг., никотина – 1 мг/сиг., СО – 12 мг/сиг. После окончания каждого 30-ти минутного сеанса животных извлекали из затравочной камеры и содержали в санитарных условиях вивария. Выведение животных из эксперимента проводилось через 7, 14 и 21. Использовались принципы гуманности, изложенные в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС), «Принципы надлежащей лабораторной практики» (ГОСТ Р53434-2009 от 01.03. 2010 г идентичен GLPOECD). Проведение эксперимента одобрено этическим комитетом медицинского факультета ЧГУ им. И. Н. Ульянова. Животных усыпляли углекислым газом и извлекалась печень. Материал фиксировали в 10 %-ном нейтральном формалине, обезвоживали в спиртах восходящей концентрации и заливали в парафин. Из парафиновых блоков готовили серийные срезы толщиной 6 мкм. Гистологические препараты окрашивали гематоксилином и эозином, изучались под микроскопом Leica DM4000B и лицензионной программой Leica Application Sute 3.8.0. 3. На гистологических препаратах (окраска гематоксилин и эозин) ткани печени с помощью окулярной микрометрической линейки и сетки Автандилова вычисляли объемные доли очагов некроза, сосудистого русла, дистрофически измененных клеток и нормальных гепатоцитов, а также измеряли диаметр клеток. По методу Маллори оценивали общее количество коллагена в строме печени, а по методу ван Гизон – объем новообразованного коллагена. Статистический анализ проведен в программе «Statistica 6.0». Использовался непараметрический статистический U-критерий Манна–Уитни. Показатели были достоверны: *р<0,05 по сравнению с контрольной группой, ** р<0,01 по сравнению с контрольной группой, *** р<0,001 по сравнению с контрольной группой.

Результаты исследования и обсуждение. У контрольных животных печень имела дольчатое строение. При гистологическом исследовании гепатоциты долек имели многогранную форму. Печеночные клетки располагались неправильными рядами, которые ветвясь располагались от периферии дольки
в сторону центральной вены. Ядра гепатоцитов были округлые с хорошо выраженной кариолеммой и содержали отчётливо видимые ядрышки и глыбки хроматина. Среди печёночных клеток встречались двуядерные клетки, число которых составляло – 12,5+0,8%. Между рядами гепатоцитов располагались синусоиды. Изнутри синусоиды были выстланы эндотелием с овально-вытянутыми гиперхромными ядрами. В печени экспериментальных животных первой группы отмечались признаки дистрофии гепатоцитов. Подсчет дистрофически измененных клеток выявил их увеличение по сравнению с контрольными цифрами (Таблица 1). Сосуды печени были умеренно полнокровными, по портальным трактам местами наблюдались круглоклеточные инфильтраты. У животных второй группы отмечалось увеличение количества дистрофически измененных клеток по сравнению с контрольными животными (Таблица 1). Выявлялось полнокровие центральной вены, расширенные отечные синусоиды (Рисунок 1).

  

Рисунок 1 – Микроскопическая картина полнокровия центральной вены, расширенных отечных синусоидов. 2 группа животных. Окраска гематоксилином и эозином, х400

Figure 1 - Microscopic picture of the plethora of the central vein, dilated edematous sinusoids. 2 group of animals. Stained with hematoxylin and eosin, x400

Рисунок 2 – Микроскопическая картина тромботических масс в печеночных сосудах. 3 группа животных. Окраска гематоксилином и эозином, х900

Figure 2 - Microscopic picture of thrombotic masses in the hepatic vessels. 3 group of animals. Stained with hematoxylin and eosin, x900

 

  Появилось небольшое количество гепатоцитов с признаками некробиоза, у таких клеток были не четкие границы, бледные ядра, вероятнее всего, ядра в состоянии кариопикноза, которые местами приобретали характер теней – ядер. У животных третьей группы отмечалось не только полнокровие сосудов и мелкие кровоизлияния, но и огрубение периваскулярной ткани. В некоторых печеночных сосудах отмечались тромботические массы, дистрофические изменения в цитоплазме гепатоцитов (Рисунок 2). Число дистрофически измененных клеток возрастало по сравнению с контрольными животными (Таблица 1), возможно, вследствие влияния табачного дыма на организм и развития тканевой гипоксии с нарушением микроциркуляции, что сопровождается оксидативным стрессом, характеризующийся усилением перекисного окисления липидов клеточных мембран, что является ведущим механизмом повреждения клеток. Вероятно, что именно этим и можно объяснить формирование участков некроза и дистрофических процессов в печеночной ткани [4].

  

А

Б

Рисунок 3 А-Б – Микроскопическая картина наличия ацидофильной глыбки вокруг ядра и вакуолей в цитоплазме гепатоцитов с лимфомакрофагальной инфильтрацией. 3 группа животных. Окраска гематоксилином и эозином, а. х400, б. х900

Figure 3 A-B - Microscopic picture of the presence of an acidophilic lump around the nucleus and vacuoles in the cytoplasm of hepatocytes with lymphomacrophage infiltration. 3 group of animals. Stained with hematoxylin and eosin, a. x400, b. x900

 

Митозов у животных опытной и контрольной групп отмечено не было. Подсчет показал уменьшение количества двуядерных клеток у опытных по сравнению с контролем (Таблица 1).

Морфологические изменения в печени в условиях табачного дыма, %

Таблица 1

Morphological changes in the liver under conditions of tobacco smoke, %

Table 1

Показатели

контроль

1 группа

2 группа

3 группа

Доля области сосудов, % V

26,1+1,2***

27,3+0,9

28,2+1,2

31,1+2,2**

Доля области некроза, % V

0***

1,0+0,2

5,2+0,9*

12,3+1,1

Число клеток с гидропической дистрофией, %

5,2+1,1***

11,3+1,7***

12,3+1,2

19,2+1,9
***

Число клеток с гиалиново-капельной дистрофией, %

4,3+1,2***

13,5+1,9**

15,8+1,9

23,5+2,3**

Число нормальных клеток, %

90,5+2,2***

75,2+3,9

71,1+2,1**

57,3+2,1**

Число клеток диаметром до 10 мкм, %

Центральные зоны

0***

15,3+0,9**

30,9+1,8

47,3+2,8

Периферические зоны

0***

14,9+1,2

**

31,3+1,7

***

42,5+2,6

***

Число клеток диаметром до 10-20 мкм, %

Центральные зоны

5,1+0,9***

8,9+1,5***

16,3+2,2

17,4+1,1

Периферические зоны

5,0+0,8***

8,7+1,3

12,9+1,7

14,1+0,9

***

Число клеток диаметром до 20-30 мкм, %

Центральные зоны

84,4+0,8***

67,6+1,8***

44,2+2,7**

30,2+1,7

Периферические зоны

75,2+0,6***

69,1+2,2

47,9+2,5**

36,7+1,5**

Число клеток диаметром более 30 мкм, %

Центральные зоны

10,5+0,8**

8,2+1,9

8,6+0,3**

5,1+0,9***

Периферические зоны

19,8+0,6*

7,3+1,6**

7,9+0,8*

6,7+1,1*

Число двуядерных клеток, %

12,5+0,8***

19,2+1,1

26,1+1,2

16,3+1,5***

Общее содержание коллагена, % V

10,5+0,6***

11,1+0,9

14,2+0,9

16,0+2,1*

Содержание новообразованного коллагена, % V

4,6+0,5

5,2+1,1

9,7+1,1

14,7+1,2

Примечание: *р<0,05 по сравнению с контрольной группой, ** р<0,01 по сравнению с контрольной группой, *** р<0,001 по сравнению с контрольной группой

Note: *p<0.05 compared to the control group, ** p<0.01 compared to the control group, *** p<0.001 compared to the control group

 

  В печени выявлялись мелкие очаги некроза, вокруг которых возникала перифокальная воспалительная реакция в виде круглоклеточных инфильтратов. Инфильтрация также имела место по ходу портального тракта. Отмечались признаки вакуольной дистрофии и наличия ацидофильных глыбок вокруг ядер (Рисунок 3).  Выявлялись признаки капиляризации синусоидов.

Наряду с гепатоцитами, которые подверглись некробиотическим и дистрофическим изменениям, в некотором количестве присутствовали клетки с ультраструктурными признаками достаточной или повышенной функциональной активности. Ядра таких гепатоцитов были крупные, имели округлую форму, с неглубокими инвагинациями кариолеммы. Ядрышек в таких клетках было 1-2, в некоторых клетках до 4-х. Ядрышки локализовались эксцентрично, были округлой формы. Выявлялось увеличение объемной доли внутридольковых синусов по сравнению с группой контрольных животных (табл. 1). Вероятно, это является отражением возникновения застойных процессов в паренхиме печени. У 3-ей группы животных было отмечено разрушение отдельных капилляров. В междольковых структурах
также было выявлено венозное полнокровие, которое сопровождалось периваскулярной лейкоцитарной инфильтрацией и кровоизлияниями. Известно, что нарушение микроциркуляции приводит к дистрофическим процессам в гепатоцитах. В исследовании выявлено, что увеличивались показатели числа дистрофически измененных клеток. В цитоплазме гепатоцитов сформированные вакуоли имели разные размеры, часто можно было встретить крупные, имеющие неправильную форму. В редких случаях видны были балонные клетки. При подсчете нормальных клеток во всех группах у животных было выявлено их снижение по сравнению с контрольными. Развитие деструктивных процессов в печени
проявлялось разрушением соединительнотканойстромы. Объемная доля новообразованного коллагена увеличивалась во всех группах.Нарушался синтез вновь образованного белка.

  Изменялось процентное соотношение клеток разного диаметра: во всех группах значимо увеличилось число клеток диаметром до 10 мкм как в центральных, так и в периферических зонах (Таблица 1). У животных 1 группы в центральных зонах имелась тенденция к увеличению процентного числа клеток диаметром до 10-20 мкм, у 2 группы – повысилось в 3 раза в центральных и в 2,6 раза периферических зонах, а в 3 группе – в 3,4 раза, в периферических зонах – в 2,8 раза (р<0,001). Отмечалось уменьшение числа клеток диаметром до 20-30 мкм (%) в 1 группе, во 2 группе в центральных зонах - в 1,9 раза, в периферических – в 1,5 раза, в 3 группе – 2,7 раза, в периферических – в 2 раза (р<0,001). Изменялось процентное число клеток диаметром более 30 мкм: наибольшие изменения отмечались в периферических зонах: в 1,2 группе – снижение в 2,7 раза, в 3 группе – в 2,9 раза.  

   Анализ гистологических препаратов показал, что процент двуядерных
гепатоцитов был ниже у 3-й группы животных (в 1,6 раза р=0,001) по сравнению с животными 2 группы, и выше у 2-й (в 2 раза р=0,001) в сравнении с контрольной и 1-й (в 1,6 раза р=0,001).

   Обсуждение. Известно, метаболизируется никотин в клетках печени, где после этой переработки он превращается в котинин, который в достоверно определяемых количествах присутствует только в организме курильщиков. Кроме того, в сигаретном дыме присутствует синильная кислота. Именно сосуды печени наиболее чувствительно реагируют на синильную кислоту, которая имеется среди компонентов сигаретного дыма. Печень человека способна преобразовать небольшие дозы ядовитой синильной кислоты в относительно безвредные вещества. Но при этом сосуды печени под влиянием кислоты склерозируются, нарушается кровообращение печени, а также в системе портального кровообращения. Это приводит к нарушению основных функций печени. В нашем исследовании наибольшие изменения отмечались у животных третьей группы, где помимо полнокровия сосудов выявлялись кровоизлияния. Кроме того, в сосудах печени были тромботические массы. Следует отметить, что отмечались признаки капилляризации синусоидов, что представляет собой преобразование фенестрированных печеночных синусоидов в нефенестрированные капилляры с одновременным отложением ламинина и коллагена в перисинусоидном пространстве Диссе, приводящее к формированию базальной мембраны между эндотелием и гепатоцитами. Капилляризация синусоидов печени вызывает гипоксию, поскольку печеночный синусоид является самой узкой сосудистой структурой в печени и является основным местом регуляции кровотока [13]. Особо следует отметить, что в цитоплазме гепатоцитов вокруг ядра отмечались ацидофильные глыбки, представляющие собой белковый материал, который не встречается в норме. Установлено, что данные глыбки представляют собой цитокератины (белки промежуточных филаментов эпителиальных клеток) [10, 11, 12]. Следовательно, данный тип кумулятивной дистрофии развивается по механизму извращенного синтеза. Синтез этих белков цитоскелета, вероятно, под влиянием табачного дыма возникает в некоторых гепатоцитах особенно активно. Образованные в большом количестве фибриллярные белки формируют очаговое скопление, расположенное парануклеарно.

   Было отмечено, что в условиях табачного дыма изменялись размеры гепатоцитов, у животных было выявлено значимое увеличение числа клеток до 10 мкм и 10-20 мкм в центральных, и в периферических частях долек. При подсчете двуядерных клеток были получены неоднозначные результаты, у 1 и 2 групп было отмечено увеличение показателей, а у 3 групп – снижение, что указывало о нарушении регенераторного потенциала [14] под влиянием табачного дыма.

   Заключение. При интоксикации табачным дымом у крыс в печени возникали дистрофические и некробиотические изменения, которые в значительной степени изменяли микроскопическое строение органа, что, возможно, отрицательно сказывается на функциональной активности. Интоксикация табачным дымом приводит к снижению регенераторных потенций в печени, что проявляется снижением числа двуядерных клеток. Значимо уменьшается число нормальных гепатоцитов диаметром 20-30 мкм и увеличение процентного количества клеток диаметром до 10 мкм и 10-20 мкм как в центральных, так и периферических зонах.

×

About the authors

olga vasilevna vorobeva

Federal State Educational Institution of Higher Education "Chuvash State University named after I. N. Ulianov", Cheboksary

Email: olavorobeva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3259-3691

Associate Professor of General and Clinical Morphology and Forensic Medicine Department at I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary, Russia

Russian Federation, 428015 Russia, Cheboksary, Moskovsky pr., 45

igor ivanovich Malyshev

FGBOU VO "Mari State Medical University"

Author for correspondence.
Email: malichev_med@mail.ru

doc. honey. Sci., Pathologist, Professor of the Department of Physiology and Pathology

Russian Federation, Yoshkar Ola, Russia Lenina, 1

References

  1. Top ten causes of death in the world. WHO Fact Sheet N°310. – May 2014 [Electronic resource]. – URL: http://www.who.int/mediacenter/ factsheets/fs310/en/ (In Russ.).
  2. Zaridze D.G., Karpov R.S., Kiseleva S.M. Smoking - the main reason for the high mortality of Russians. Herald RAMN. 2002.9:40-45 (In Russ.).
  3. Karagas, et al. Risk of subsequent basal cell carcinoma and squamous cell carcinoma of the skin among patients with prior skin cancer. JAMA 1992; 267:3305–10.
  4. Pimpin L., Cortez-Pinto H., Negro F. et al. EASL HEPAHEALTH Steering Committee Burden of liver disease in Europe: epidemiology and analysis of risk factors to identify prevention policies. J Hepatol. 2018; 69: 718-735
  5. Bataller R. Time to ban smoking in patients with chronic liver diseases.Hepatology. 2006; 44: 1394-1396Starke R., Ali M., Jabbour P., Tjoumakaris S., Gonzalez F., Hasan D., Rosenwasser R., Owens G.,Koch W., Dumont A. Cigarette Smoke Modulates Vascular Smooth Muscle Phenotype: Implications for Carotid and Cerebrovascular Disease. PLoS ONE. 2013; 8:e71954. doi: 10.1371/journal.pone.0071954
  6. Solomina A.S. Dissertation for the degree of candidate of biological sciences. 14.03.06 - pharmacology, clinical pharmacology. Moscow, 2011. 139 p.(In Russ.).
  7. Lizurchik LV, Sheyda EV Influence of tobacco smoke on the content of toxic elements in the body of rats. Vestnik OGU. 2014. No. 6 (167). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-tabachnogo-dyma-na-soderzhanie-toksichnyh-elementov-v-organizme-krys (Date of access: 08/23/2022) (In Russ.).
  8. Lizurchik LV Influence of tobacco intoxication on the functional state of laboratory animals and elemental homeostasis in the mother-placenta-fetus system. Diss. cand. honey. Sciences. 2022. 162 p.
  9. Cigarette smoking cessation in crease splasma levelsof several antioxidant micronutrients and improves resistance towards oxidative challenge /М.С.Polidori, Р. Mecocci, W. Stahl, Н. Sies//Br.J.Nutr. 2003; 90: 147–150.
  10. Jensen, K; Gluud, C (Oct 1994). "The Mallory body: morphological, clinical and experimental studies (Part 1 of a literature survey)". Hepatology. 20 (4 Pt 1): 1061–77. doi: 10.1002/hep.1840200440. PMID: 7927209. S2CID 44400893.
  11. Michel, RP; Limacher, JJ; Kimoff, RJ (January 1982). "Mallory bodies in scar adenocarcinoma of the lung". Human Pathology. 13 (1): 81–5. doi: 10.1016/S0046-8177(82)80143-3. PMID: 6176520.
  12. Stumptner, Conny; Fuchsbichler, Andrea; Zatloukal, Kurt; Denk, Helmut (2007). "In vitro production of Mallory bodies and intracellular hyaline bodies: The central role of sequestosome 1 / p62". Hepatology. 46 (3)
  13. Fan G, Ya Y, Ni X, Hou J, Yu R. Application value of magnetic resonance perfusion imaging in the early diagnosis of rat hepatic fibrosis. Biomed Res Int. 2019;2019:5095934.
  14. Romanova L. P., Malyshev I. I., Vorobyova O. V. Physiological blood indices of young rats after mechanical traumas of liver in the condition of biologically active substances. Bulletin of the Chuvash State Pedagogical University. AND I. Yakovlev. 2010. No. 4 (68): 167-171

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: № 0110212 от 08.02.1993.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies