<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root>
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" article-type="research-article" dtd-version="1.2" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">Morphology</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Morphology</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Морфология</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn publication-format="print">1026-3543</issn><issn publication-format="electronic">2949-2556</issn><publisher><publisher-name xml:lang="en">Eco-Vector</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="publisher-id">677130</article-id><article-id pub-id-type="doi">10.17816/morph.677130</article-id><article-id pub-id-type="edn">INYOGG</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en"><subject>Original Study Articles</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru"><subject>Оригинальные исследования</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="article-type"><subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="en">Functional morphology of the bronchial mucociliary transport system in rats during postnatal ontogenesis</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Функциональная морфология мукоцилиарной транспортной системы бронхов у крыс в постнатальном онтогенезе</trans-title></trans-title-group><trans-title-group xml:lang="zh"><trans-title>大鼠出生后个体发育过程中支气管黏液纤毛清除系统的功能形态学研究</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-8227-9997</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="spin">8854-7083</contrib-id><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Pavlov</surname><given-names>Alexey V.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Павлов</surname><given-names>Алексей Владимирович</given-names></name><name xml:lang="zh"><surname>Pavlov</surname><given-names>Alexey V.</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><bio xml:lang="en"><p>MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor</p></bio><bio xml:lang="ru"><p>д-р мед. наук</p></bio><bio xml:lang="zh"><p>MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor</p></bio><email>pavlov@ysmu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-7001-0851</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="spin">8839-8300</contrib-id><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Tyumina</surname><given-names>Natalya A.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Тюмина</surname><given-names>Наталья Андреевна</given-names></name><name xml:lang="zh"><surname>Tyumina</surname><given-names>Natalya A.</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><email>Natellamail@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff1"><aff><institution xml:lang="en">Yaroslavl State Medical University</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Ярославский государственный медицинский университет</institution></aff><aff><institution xml:lang="zh">Yaroslavl State Medical University</institution></aff></aff-alternatives><pub-date date-type="preprint" iso-8601-date="2025-06-01" publication-format="electronic"><day>01</day><month>06</month><year>2025</year></pub-date><pub-date date-type="pub" iso-8601-date="2025-08-06" publication-format="electronic"><day>06</day><month>08</month><year>2025</year></pub-date><volume>163</volume><issue>3</issue><issue-title xml:lang="en"/><issue-title xml:lang="ru"/><issue-title xml:lang="zh"/><fpage>186</fpage><lpage>199</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2025-03-13"><day>13</day><month>03</month><year>2025</year></date><date date-type="accepted" iso-8601-date="2025-03-27"><day>27</day><month>03</month><year>2025</year></date></history><permissions><copyright-statement xml:lang="en">Copyright ©; 2025, Eco-Vector</copyright-statement><copyright-statement xml:lang="ru">Copyright ©; 2025, Эко-Вектор</copyright-statement><copyright-statement xml:lang="zh">Copyright ©; 2025,</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="en">Eco-Vector</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="ru">Эко-Вектор</copyright-holder><ali:free_to_read xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" start_date="2028-08-06"/><license><ali:license_ref xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/">https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0</ali:license_ref></license></permissions><self-uri xlink:href="https://j-morphology.com/1026-3543/article/view/677130">https://j-morphology.com/1026-3543/article/view/677130</self-uri><abstract xml:lang="en"><p><bold>BACKGROUND:</bold> Age-related remodeling of the mucociliary transport system (MCTS) of the airways plays a significant role in the pathogenesis of respiratory diseases. However, the available published data lacks studies of the structural and functional parameters of bronchial epithelial lining throughout postnatal development conducted under standardized conditions and using unified methodological approaches, which highlights the relevance of further research in this area.</p> <p><bold>AIM:</bold> The work aimed to investigate age-related patterns of postnatal morphogenesis of the bronchial mucociliary transport system in rats based on structural and functional analysis of the respiratory epithelium components.</p> <p><bold>METHODS:</bold><italic> </italic>The work utilizes in vivo measurement of ciliary activity, light and electron microscopy, immunohistochemistry (using antibodies against the proliferation marker Ki-67), and morphometry. The research material consisted of respiratory epithelium from the main, lobar, and segmental bronchi of Wistar rats (<italic>n</italic> = 76) at ages of 1, 8, 14 days, and 1, 3, 6, 14, 20, and 26 months, 6–9 animals per time point.</p> <p><bold>RESULTS: </bold>In newborn rats, the bronchial tree is lined with a single-layer epithelium composed predominantly of undifferentiated cells (59%–62%) and a few ciliated cells (21%–26%). During the first postnatal month, MCTS elements undergo the most intensive and asynchronous differentiation: in the first two weeks, active ciliogenesis predominates, with the number of ciliated cells increasing by 2.2–2.7 times (<italic>p</italic> &lt; 0.001); between days 14 and 30; goblet cell subpopulations are formed. Ciliary apparatus development proceeds faster in segmental bronchi, whereas glandular element formation occurs primarily in the main bronchi. Ciliary beat frequency is the highest in newborns (25.0–25.9 Hz), decreasing to 14.9–18.6 Hz by one month of age (<italic>p</italic> &lt; 0.001), and subsequently stabilizing at 13.2–16.2 Hz. The formation of the typical structure of the respiratory epithelium is completed during puberty; starting from 3 months of age and throughout the entire reproductive period (6–14 months), its main structural and functional characteristics remain largely unchanged. In aging (20 months) and old (26 months) animals, the number of ciliated and goblet cells reaches its maximum, and ciliary apparatus activity is preserved. However, there is a decrease in proliferative cell count, an increase in hypertrophic ciliated cells, and the appearance of ultrastructural signs of epithelial cell damage.</p> <p><bold>CONCLUSION:</bold> Postnatal morphogenesis of the bronchial MCTS in rats continues throughout life, with the most pronounced histogenetic changes occurring during the first month after birth. Subsequent age-related changes in the mature epithelial structure are aimed at maintaining stable mucociliary clearance.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><p><bold>Обоснование</bold>. Возрастные перестройки мукоцилиарной транспортной системы (МЦТС) воздухоносных путей играют существенную роль в патогенезе респираторных заболеваний. Однако в доступной научной литературе отсутствуют исследования структурных и функциональных показателей эпителиальной выстилки бронхов в ходе постнатального онтогенеза, выполненные в стандартных условиях и с использованием единых методических подходов, что обусловливает актуальность дальнейшего изучения данного вопроса.</p> <p><bold>Цель исследования</bold> — изучить возрастные закономерности постнатального морфогенеза мукоцилиарной транспортной системы бронхов у крыс на основе структурно-функционального анализа элементов респираторного эпителия.</p> <p><bold>Методы</bold>. В работе использовали методы прижизненного измерения двигательной активности цилиарного аппарата, световой и электронной микроскопии, иммуногистохимии (с использованием антител к белку пролиферации Ki-67) и морфометрии. Объектом исследования служил респираторный эпителий главных, долевых и сегментарных бронхов лёгких крыс линии Вистар (<italic>n</italic>=76) в возрасте 1, 8, 14 суток, 1, 3, 6, 14, 20 и 26 месяцев, по 6–9 животных на каждую временную точку.</p> <p><bold>Результаты</bold>. Бронхиальное дерево новорождённых крыс выстлано однослойным эпителием, содержащим преимущественно недифференцированные клетки (59–62%), а также немногочисленные реснитчатые клетки (21–26%). В течение первого месяца после рождения дифференцировка элементов МЦТС происходит наиболее интенсивно и отличается асинхронным характером: в первые 2 недели преобладает активный цилиогенез и количество реснитчатых клеток возрастает в 2,2–2,7 раза (<italic>p</italic> &lt;0,001); с 14 по 30 день — формируются субпопуляции бокаловидных клеток. Развитие цилиарного аппарата идёт опережающими темпами в сегментарных бронхах, а формирование железистых элементов — преимущественно в главных бронхах. Частота биения ресничек в бронхах всех калибров максимальна у новорождённых животных (25,0–25,9 Гц), снижается до 14,9–18,6 Гц к возрасту 1 месяц (<italic>p</italic> &lt;0,001) и далее стабилизируется на уровне 13,2–16,2 Гц. Завершение формирования типичной структуры респираторного эпителия происходит в период полового созревания; начиная с 3-х месяцев и на протяжении всего репродуктивного периода (6–14 мес.) его основные структурные и функциональные характеристики существенно не изменяются. У стареющих (20 мес.) и у старых (26 мес.) животных количество реснитчатых и бокаловидных клеток достигает максимальных значений, двигательная активность цилиарного аппарата сохраняется. Одновременно происходит снижение количества пролиферирующих клеток, увеличение доли гипертрофированных мерцательных клеток и развитие ультраструктурных признаков повреждения эпителиоцитов.</p> <p><bold>Заключение</bold>. Постнатальный морфогенез МЦТС бронхов у крыс продолжается на протяжении всей жизни, при этом гистогенетические процессы наиболее выражены в течение первого месяца после рождения. Последующие возрастные преобразования сформировавшейся дефинитивной структуры эпителиального пласта направлены на поддержание стабильного уровня мукоцилиарного клиренса.</p></trans-abstract><trans-abstract xml:lang="zh"><p>论证。支气管黏液纤毛清除系统（mucociliary transport system, MCTS）的年龄相关重塑在呼吸系统疾病的发病机制中具有重要意义。然而，现有文献中尚缺乏在标准条件下、采用统一方法系统研究大鼠出生后支气管上皮结构和功能指标的研究，这凸显了进一步探讨该问题的现实意义与研究价值。</p> <p>目的：基于对呼吸上皮结构与功能的分析，研究大鼠支气管黏液纤毛清除系统在出生后个体发育过程中的年龄相关形态发生规律。</p> <p>方法。采用活体纤毛运动功能测定、光镜与电镜观察、免疫组织化学染色（使用Ki-67增殖标志蛋白抗体）以及形态计量学方法。研究对象为Wistar系大鼠肺部主支气管、叶支气管和段支气管的呼吸上皮（n=76），所取样本分别来自出生后第1、8、14天及第1、3、6、14、20和26个月龄的动物，每个时间点选取6–9只。</p> <p>结果。新生大鼠支气管树被单层上皮覆盖，以未分化细胞为主（59–62%），仅少量为纤毛细胞（21–26%）。出生后第一个月为MCTS分化最活跃时期，过程呈非同步性：前两周纤毛生成活跃，纤毛细胞数量增加2.2–2.7倍（p&lt;0.001）；第14至30天出现杯状细胞亚群。纤毛系统在段支气管中发育较快，而腺体成分主要形成于主支气管。所有级别支气管中，纤毛运动频率在新生期最高（25.0–25.9 Hz），1月龄降至14.9–18.6 Hz（p&lt;0.001），随后稳定在13.2–16.2 Hz范围。呼吸上皮的典型结构在性成熟期完成，其后从3月龄开始，在整个生育期（6至14月龄）其主要结构和功能特征基本无显著变化。在老龄（20月龄）和高龄（26月龄）大鼠中，纤毛细胞和杯状细胞数量达到最大值，纤毛系统的运动功能仍然保持。同时观察到增殖细胞数量减少、肥大的纤毛细胞比例增加，以及上皮细胞出现超微结构损伤的表现。</p> <p>结论。大鼠支气管MCTS的出生后形态发生过程持续终生，其中出生后第一个月的组织发生变化最为显著。其后不同时期的变化主要体现为对已建立的上皮结构和黏液纤毛清除功能的维持。</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="en"><kwd>respiratory epithelium</kwd><kwd>bronchi</kwd><kwd>mucociliary apparatus</kwd><kwd>postnatal ontogenesis</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>респираторный эпителий</kwd><kwd>бронхи</kwd><kwd>мукоцилиарный аппарат</kwd><kwd>постнатальный онтогенез</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="zh"><kwd>呼吸上皮</kwd><kwd>支气管</kwd><kwd>黏液纤毛系统</kwd><kwd>出生后个体发育</kwd></kwd-group><funding-group/></article-meta></front><body></body><back><ref-list><ref id="B1"><label>1.</label><mixed-citation>Zavalij MA. Morphogenesis of the ciliated epithelium. Rinology. 2014;1:38–49. (In Russ.) EDN: LUYPMR</mixed-citation></ref><ref id="B2"><label>2.</label><mixed-citation>Whitsett JA. Airway epithelial differentiation and mucociliary clearance. Ann Am Thorac Soc. 2018;15(Suppl 3):S143–S148. doi: 10.1513/AnnalsATS.201802-128AW</mixed-citation></ref><ref id="B3"><label>3.</label><mixed-citation>de Vries M, Nwozor KO, Muizer K, et al. The relation between age and airway epithelial barrier function. Respir Res. 2022;23(1):43. doi: 10.1186/s12931-022-01961-7 EDN: MLJKFY</mixed-citation></ref><ref id="B4"><label>4.</label><mixed-citation>Yuksel H, Turkeli A. Airway epithelial barrier dysfunction in the pathogenesis and prognosis of respiratory tract diseases in childhood and adulthood. Tissue Barriers. 2017;5(4):e1367458. doi: 10.1080/21688370.2017.1367458</mixed-citation></ref><ref id="B5"><label>5.</label><mixed-citation>Pavlov AV, Yesev LI. Histophysiology of the tracheal epithelium in rats in postnatal ontogenesis. Morphology. 2014;146(6): 60–65. (In Russ.) EDN: SUEIMR</mixed-citation></ref><ref id="B6"><label>6.</label><mixed-citation>Ortega-Martínez M, Rodríguez-Flores LE, Ancer-Arellano A, et al. Analysis of cell turnover in the bronchiolar epithelium through the normal aging process. Lung. 2016;194(4):581–587. doi: 10.1007/s00408-016-9890-3 EDN: RKZJBJ</mixed-citation></ref><ref id="B7"><label>7.</label><mixed-citation>Pavlov AV, Korablyova TV, Yesev LI, et al. Methodical approaches to experimental study of histophysiology of mucociliary transport system in the uterine tubes. Morphology. 2019;155(1): 73–76. (In Russ.) EDN: ZNDOXL</mixed-citation></ref><ref id="B8"><label>8.</label><mixed-citation>Zapadnyuk IP, Zapadnyuk VI, Zakharia EA. Laboratory animals. Breeding, housing, use in experiments. 3rd ed. Kiev: Vyshcha shkola; 1983. (In Russ.) Available at: https://bioethics.msu.ru/knowledge/standarts/zapadniuk_ip_zapadniuk_vi_zakhariia_ea_zapadniuk_bv_laborato.pdf</mixed-citation></ref><ref id="B9"><label>9.</label><mixed-citation>Schneider C, Rasband W, Eliceiri K. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods. 2012;9:671–675. doi: 10.1038/nmeth.2089</mixed-citation></ref><ref id="B10"><label>10.</label><mixed-citation>Wansleeben C, Bowie E, Hotten DF, et al. Age-related changes in the cellular composition and epithelial organization of the mouse trachea. PLoS One. 2014;9(3):e93496. doi: 10.1371/journal.pone.0093496</mixed-citation></ref><ref id="B11"><label>11.</label><mixed-citation>O’Callaghan C, Smith K, Wilkinson M, et al. Ciliary beat frequency in newborn infants. Arch Dis Child. 1991;66(4 Spec No):443–444. doi: 10.1136/adc.66.4_spec_no.443</mixed-citation></ref><ref id="B12"><label>12.</label><mixed-citation>Francis RJ, Chatterjee B, Loges NT, et al. Initiation and maturation of cilia-generated flow in newborn and postnatal mouse airway. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2009;296(6):L1067–L1075. doi: 10.1152/ajplung.00001.2009</mixed-citation></ref><ref id="B13"><label>13.</label><mixed-citation>Yager JA, Ellman H, Dulfano MJ. Human ciliary beat frequency at three levels of the tracheobronchial tree. Am Revol Respir Dis. 1980;121(4):661–665. doi: 10.1164/arrd.1980.121.4.661</mixed-citation></ref><ref id="B14"><label>14.</label><mixed-citation>Joki S, Saano V. Influence of ageing on ciliary beat frequency and on ciliary response to leukotriene D4 in guinea-pig tracheal epithelium. Clin Exp Pharmacol Physiol. 1997;24(2):166–169. doi: 10.1111/j.1440-1681.1997.tb01802.x</mixed-citation></ref><ref id="B15"><label>15.</label><mixed-citation>Ho JC, Chan KN, Hu WH, et al. The effect of aging on nasal mucociliary clearance, beat frequency, and ultrastructure of respiratory cilia. Am J Respir Crit Care Med. 2001;163(4):983–988. doi: 10.1164/ajrccm.163.4.9909121</mixed-citation></ref><ref id="B16"><label>16.</label><mixed-citation>Bailey KL, Bonasera SJ, Wilderdyke M, et al. Aging causes a slowing in ciliary beat frequency, mediated by PKCε. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2014;306(6):L584–L589. doi: 10.1152/ajplung.00175.2013</mixed-citation></ref><ref id="B17"><label>17.</label><mixed-citation>Kozlova AN. Morphofunctional characteristics of bronchial epithelium during human ontogenesis and under experimental conditions [dissertation abstract]. Orenburg, 1997. 21 p. (In Russ.) EDN: ZJKXYN</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
