ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИИ ЛИМФОИДНЫХ СТРУКТУР СЕЛЕЗЕНКИ МЫШЕЙ В НАЗЕМНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ И ПОСЛЕ ДЛИТЕЛЬНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА

Полный текст

В условиях космического полета одним из важнейших факторов, воздействующих на организм человека, является невесомость. На космическом биоспутнике «БИОН-М1» проведен эксперимент по изучению влияния невесомости на клеточные и молекулярные механизмы адаптации организма млекопитающих к условиям длительного космического полета [1]. При изучении невесомости на экспериментальных моделях установлено отчетливое изменение гомеостаза и биоэнергетики в тканях организма животных [6, 7, 9]. Вместе с тем, известно, что именно от состояния иммунной системы зависит стабильное функционирование организма при воздействии различных внешних факторов и возможность сопротивляемости организма в экстремальных ситуациях [7, 8, 10]. В ранее проведенных наземных экспериментах по изучению гипокинезии (на обезьянах и крысах) и после космических полетов (у песчанок) установлено, что у всех животных происходят значительные изменения в органах иммуногенеза (в селезенке, лимфатических узлах), а также в лимфоидных структурах органов пищеварительной системы (в частности, в тонкой кишке) [2-5]. Исходя из этого, целью настоящего исследования явилось сравнительное изучение реакции лимфоидной ткани селезенки у мышей при моделировании космического полета (в наземном эксперименте) и непосредственно после длительного 30-суточного космического полета. Материал и методы. В качестве объекта исследований были выбраны мыши-самцы линии С57/bl6 в возрасте 19-20 нед. Изучены 3 группы животных. 1-я группа - полетный эксперимент - мыши (5 особей) находились на борту биоспутника «БИОН-М1» в условиях невесомости в течение 30 сут, где животных содержали в блоках «БИОС-МЛЖ» [1]. 2-я группа - наземный эксперимент (8 мышей), в котором воспроизводились аналогичные условия среды обитания на биоспутнике в течение 30 сут. В наземном эксперименте блоки содержания животных («БИОС-МЛЖ») были установлены в климатической камере, в которой температура, влажность и газовый состав атмосферы соответствовали условиям в полете биоспутника [1]. Освещенность в блоках осуществлялась при 12-часовом световом дне. 3-ю группу животных содержали в стандартных условиях вивария (6 особей), в котором условия микроклимата практически не отличались от показателей на биоспутнике и в наземном эксперименте [1]. Животные виварной группы получали стандартный гранулированный комбикорм и воду в свободном доступе. Полетные животные и мыши в наземном эксперименте получали пастообразный корм, изготовленный из стандартного комбикорма, воды и казеина (в качестве загустителя). Содержание воды в пастообразном корме составляло 76-78% [1]. Животные были выведены из эксперимента методом цервикальной дислокации после его окончания. Эксперименты выполняли в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (г. Страсбург, 18 марта 1986 г.), и приказом № 742 Министерства высшего и среднего специального образования СССР «Об утверждении Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» от 13.11.1984 г. Селезенку мышей фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина, заливали в парафин. Гистологические срезы толщиной 4-5 мкм окрашивали азуром II-эозином и гематоксилином - эозином. Подсчет всех клеток в лимфоидных зонах селезенки проводили при увеличении 100 (масляная иммерсия). Использовали окулярную 25-узловую морфометрическую сетку с шагом 10 мкм. Изучали качественный и количественный клеточный состав лимфоидных структур селезенки - узелков и периартериальных лимфоидных муфт (ПАЛМ). Анализ абсолютного и относительного (в %) числа клеток в структурных зонах органа проводили на единице площади гистологического среза (880 мкм2). Статистическая обработка результатов проведена по программе Statistika 6.0 и Excel. Значимыми считали различия при P≤0,05. Результаты исследования. В селезенке мышей виварного контроля лимфоидные структуры представлены в основном лимфоидными узелками без центра размножения. Немногочисленные лимфоидные узелки содержали центры размножения, которые были небольшими, слабо выраженными и расположены асимметрично (сдвинуты к периферии узелка). Плотность распределения клеток в центрах размножения лимфоидных узелков составляет 45 клеток на единице площади гистологического среза, где основную долю всех клеток составляют средние лимфоциты (25%) (рисунок, а). Малодифференцированные клетки представлены бластами и большими лимфоцитами, на долю которых приходится 13% (2,8% - бласты, 10% - большие лимфоциты). Выявлены клетки с фигурами митоза (0,9%) (см. рисунок, в), зрелые (антителопродуцирующие) плазматические клетки (2,0%) и незрелые плазматические клетки (плазмобласты - 0,97%). Малых лимфоцитов в 1,8 раза меньше, чем средних (см. рисунок, а). В центрах размножения лимфоидных узелков в равном количестве выявлены ретикулярные и деструктивно измененные клетки (20 и 18,7% - различия незначимы, см. рисунок, б). Содержание макрофагов в 3,7 раза меньше, чем деструктивно измененных клеток (5%). На гистологических срезах селезенки у мышей виварного контроля ПАЛМ широкие, четко дифференцируются. Плотность распределения клеток в них составляет 56,73 клетки на стандартной площади среза, основную долю среди которых (61%) составляют лимфоциты - малые и средние лимфоциты (46 и 14,6% соответственно). В ПАЛМ среди клеток лимфоидного ряда выявлены бласты (0,1%) и большие лимфоциты (2,7%). Плазматические клетки (см. рисунок, г) представлены незрелыми плазмобластами (0,6%) и зрелыми (антителопродуцирующими) плазмоцитами (1,7%). Выявлены клетки в состоянии деструкции (13,7%, см. рисунок, в) и макрофаги (2,9%). Клетки с фигурами митоза отсутствуют. После 30-суточного наземного эксперимента, по сравнению с виварным контролем, отмечается резкое уплотнение клеточной популяции в центрах размножения лимфоидных узелков: плотность клеток увеличивается на 27,6 клеток (до 72,7 клеток). После наземного эксперимента выявлено снижение только числа клеток с фигурами митоза в 1,8 раза (до 0,5%) и значимое уменьшение доли зрелых антителопродуцирующих плазматических клеток - в 2,3 раза (до 0,9%, см. рисунок, в). После наземного эксперимента в центрах размножения лимфоидных узелков селезенки количество малодифференцированных клеток, деструктивно измененных клеток, макрофагов и ретикулярных клеток значимо не изменяется (см. рисунок, в). В ПАЛМ селезенки мышей после 30-суточного наземного эксперимента изменения клеточного состава более выражены, чем в центрах размножения лимфоидных узелков, где, по сравнению с виварным контролем, плотность распределения клеток на единице площади среза увеличивается на 32,5 клетки (до 89,3 клетки). В ПАЛМ исчезают бласты, количество плазмоцитов (антителопродуцирующих) клеток уменьшается в 3 раза (до 0,55%), а макрофагов в 1,5 раза (см. рисунок, г). Усиливается деструкция клеток в 1,2 раза, сохраняются нейтрофилы (0,77%). После 30-суточного космического полета, по сравнению с виварным контролем и наземным экспериментом, в селезенке мышей выявлены еще более резкие изменения в клеточном составе лимфоидной ткани. Установлено, что после космического полета, по сравнению с виварным контролем, в центрах размножения лимфоидных узелков органа число малодифференцированных клеток уменьшается в 2,5 раза, плазматических клеток (в основном плазмоцитов) - в 6,6 раза, а макрофагов - в 1,9 раза (см. рисунок, в). После космического полета, по сравнению с наземным экспериментом, в центрах размножения лимфоидных узелков снижается содержание малодифференцированных клеток (см. рисунок, в): бластов - в 3,9 раза, больших лимфоцитов - в 2,3 раза. В центрах размножения узелков исчезают клетки с фигурами митоза, снижается доля зрелых плазматических клеток в 2,8 раза (см. рисунок, в). Отмечается тенденция увеличения числа деструктивно измененных клеток (в 1,2 раза), тогда как доля макрофагов уменьшается в 1,9 раза. При этом содержание стромальных ретикулярных клеток, средних лимфоцитов и малых лимфоцитов сохраняется на уровне показателей в наземном эксперименте (различия цитов уменьшается в 2 раза (см. рисунок, г). незначимы - см. рисунок, а). При этом, по сравнению с виварным контролем, В ПАЛМ после наземного эксперимента и отмечено уменьшение числа плазмоцитов в 5,8 космического полета, по сравнению с виварным раза в наземном эксперименте и в 1,8 раза - контролем, исчезают бласты, отсутствуют клет-после космического полета (см. рисунок, г). На ки с фигурами митоза, а доля больших лимфо-фоне равного содержания малых лимфоцитов в виварном контроле и в наземном эксперименте после космического полета в ПАЛМ количество малых лимфоцитов уменьшается на 12% (см. рисунок, б). В сравнении с наземным экспериментом после космического полета деструкция клеток еще более усиливается - в 1,6 раза (см. рисунок, б), тогда как содержание макрофагов значимо не изменяется, но уменьшается число зрелых нейтрофилов. Обсуждение полученных данных. В результате проведенного исследования выявлен различный характер реакции клеточного состава лимфоидных зон в селезенке (центров размножения лимфоидных узелков и ПАЛМ) у мышей различных экспериментальных групп. Установлено, что в результате наземного эксперимента, по сравнению с виварным контролем, в селезенке мышей наиболее резкие изменения клеточного состава происходят в ПАЛМ. Они характеризуются усилением деструктивных процессов на фоне снижения макрофагальной активности клеток, подавлением бласттрансформации клеток (исчезают бласты) и снижением активности созревания антителопродуцирующих клеток (плазмоцитов). Комплекс отмеченных изменений в клеточном составе ПАЛМ селезенки у мышей после наземного эксперимента свидетельствует о снижении функциональной активности зоны созревания Т-лимфоцитов, регулирующих клеточный иммунитет в организме [8, 10, 11]. Вместе с тем, установлено, что изменения клеточного состава в центрах размножения лимфоидных узелков селезенки у мышей в наземном эксперименте, по сравнению с виварными показателями, менее выражены, чем в ПАЛМ. В центрах размножения лимфоидных узелков наблюдается только некоторое снижение активности лимфоцитопоэза, что связано с уменьшением числа клеток с фигурами митоза на фоне равного содержания малодифференцированных клеток и уменьшением числа антителопродуцирующих плазматических клеток. Полученные результаты свидетельствуют о сохранении функциональной активности центров размножения лимфоидных узелков - морфологической зоны созревания В-лимфоцитов, ответственных за формирование гуморального иммунитета у мышей в условиях наземного эксперимента [10, 11]. Анализ перестройки клеточного состава лимфоидной ткани в селезенке у мышей после 30-суточного космического полета, в сравнении с таким же по времени наземным экспериментом, выявил иную реакцию в структурных зонах органа. Несмотря на общий характер снижения функциональной активности лимфоидных структур в селезенке, наиболее заметные изменения клеточного состава в лимфоидной ткани после космического полета, по сравнению с наземным экспериментом, выявлены в центрах размножения лимфоидных узелков, чем в ПАЛМ. После космического полета в центрах размножения лимфоидных узелков полностью исчезают митозы, что свидетельствует о подавлениии лимфоцитопоэза, при этом резко снижаются макрофагальная активность клеток и созревание плазматических клеток. Полученные результаты являются проявлением острой реакции центров размножения лимфоидных узелков и характеризуют снижение гуморального иммунитета после космического полета [5, 11]. При этом установлено, что в ПАЛМ после космического полета, по сравнению с наземным экспериментом, значимо не меняется число макрофагов, в меньшей степени, чем в центрах размножения, уменьшается число больших лимфоцитов и снижена доля плазматических клеток. На основании полученных результатов, можно считать, что после космического полета, по сравнению с наземным экспериментом, в селезенке у мышей ПАЛМ являются более устойчивой морфологической зоной, зоной накопления Т-лимфоцитов, ответственных за клеточный иммунитет. При этом центры размножения лимфоидных узелков в селезенке у мышей являются своеобразной зоной-мишенью, наиболее остро реагирующей на различные факторы космического полета и, в частности, на невесомость [10]. Сходные результаты перестройки клеточного состава в функциональных зонах органов иммунной системы у экспериментальных животных, по сравнению с интактными (виварными) животными, представлены в литературе на других вариантах моделирования невесомости (гипокинезии). Так, у самцов макаков резусов после 30-суточной антиортостатической гипокинезии в -5º более выраженные изменения отмечены в центрах размножения паховых лимфатических узлов, по сравнению с паракортикальной зоной, которая также является морфологической зоной накопления и дифференцировки Т-клеток в органе [4]. Те же результаты выявлены в брыжеечных лимфатических узлах у крыс при моделировании гипокинезии путем подвешивания животных [2], где центры размножения лимфоидных узелков оказались наиболее уязвимыми структурами, чем паракортикальная зона. В лимфоидных бляшках в этом же эксперименте [3] в центрах размножения лимфоидных узелков отмечены сходные изменения, но перестройка в цитоархитектонике центров размножения лимфоидных узелков менее выражена, чем в отмеченных выше органах. Подобная закономерность отмечается также в селезенке у песчанок после космического полета в течение 14 сут, когда происходит выраженное подавление лимфоцитопоэза с исчезновением клеток с фигурами митоза в центрах размножения лимфоидных узелков и более резкое усиление деструкции, чем в ПАЛМ [5]. Вместе с тем, следует отметить, что полученные нами значительные различия в реакции лимфоидных структур селезенки в исследуемых группах мышей (виварный контроль - наземный эксперимент и наземный эксперимент - полетные животные) связаны, видимо, с техническими особенностями содержания мышей в этих экспериментальных группах. Так, группа мышей виварного контроля содержалась в обычных условиях вивария (в обычных клетках и со стандартным питанием), тогда как животные в наземном эксперименте содержалась в камерах, в которых в основном развивается гипокинезия [1]. При этом группа полетных животных, помимо воздействия невесомости, подвергались гипергравитации, облучению, т. е. более выраженному стрессу, чем животные в наземном эксперименте. Подобные различия в условиях существования изученных групп экспериментальных животных не могли не отразиться на состоянии и реакции лимфоидной ткани в селезенке, являющейся одним из важнейших органов иммунной системы в организме [8, 10]. Таким образом, исследование реакции структурных зон селезенки у мышей после 30-суточных наземного эксперимента и космического полета выявило различный характер перестройки клеточного состава лимфоидной ткани по сравнению с виварным контролем. На основании полученных результатов и литературных данных, учитывая системный характер реакции лимфоидных (иммунных) органов, можно предполагать вероятность развития функциональной недостаточности всех органов иммуногенеза и возможность развития иммунодефицитного состояния у животных после воздействия экстремальных факторов, в том числе невесомости, в условиях космического полета и гипокинезии, моделируемой в различных экспериментах [8, 10].

Об авторах

Дина Ефремовна Григоренко

Научно-исследовательский институт морфологии человека РАМН

Email: dinagrigorenko@yahoo.com
лаборатория функциональной анатомии 117418, Москва, ул. Цюрупы, 3

Михаил Романович Сапин

Научно-исследовательский институт морфологии человека РАМН

лаборатория функциональной анатомии 117418, Москва, ул. Цюрупы, 3

Людмила Михайловна Ерофеева

Научно-исследовательский институт морфологии человека РАМН

лаборатория функциональной анатомии 117418, Москва, ул. Цюрупы, 3

Список литературы

Дополнительные файлы