СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2008, № 2, с. 115-119

 УДК 636.028:591.43.436:591.8:636.087.72

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕЧЕНИ ЖИВОТНЫХ ПРИ РАЗНОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ РАЦИОНА МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ

 С.В. ЛЕБЕДЕВ, Е.А. СИЗОВА

В модельных опытах  в условиях  дефицита микроэлементов в организме экспериментальных животных с последующим включением в рацион токсических доз Cd и Pb цито-и гистохимическими методами изучали структурно-функциональные изменения печени.

Ключевые слова: печень, микроэлемент, животное, токсиканты, кадмий, свинец, гепатоциты, гликоген, рацион, крысы.

Key words: liver, microelement, animal, toxicants, cadmium, lead, hepatocytes, glicogen, diet, rats.

К ксенобиотикам относятся чужеродные вещества (промышленные загрязнения, соли тяжелых металлов, сельскохозяйственные яды, фармакологические препараты), поступающие в организм извне (1). Печень — главный орган биотрансформации, в которой участвует значительное число ферментных систем клетки. Для их нормальной деятельности необходимо поступление в организм оптимального количества эссенциальных микроэлементов (Zn, Se, J) (2): при недостатке Zn нарушаются работа более 40 внутриклеточных ферментов, Se — функции глутатиона и глутатионпероксидазы, снижающих чувствительность гепатоцитов к свободно-радикальному повреждению.
Глутатион содержится в наибольшем количестве в печени (до 5 ммоль): 90 % — в цитозоле, остальное — в митохондриях, где он является антиоксидантом, восстанавливая перекись водорода и предупреждая пероксидацию липидов гидроксильным радикалом. При низком содержании глутатиона повышается чувствительность клетки к свободнорадикальному повреждению.
В центролобулярных гепатоцитах отмечено более высокое содержание цитохрома Р-450 (3), участвующего в метаболизме  ксенобиотиков, в связи с чем  биотрансформацию в основном связывают с деятельностью этих клеток. Однако центролобулярные гепатоциты, как показывают исследования, менее защищены от действия некоторых токсических продуктов, так как глутатион и глутатионпероксидаза локализованы преимущественно в околопортальных клетках (4).
Целью нашей работы было определение морфофункционального состояния разных групп клеток печени у модельных животных на фоне неодинаковой обеспеченности рациона микроэлементами и при токсических дозировках Pb и  Cd.
Методика. Исследования проводили в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на крысах линии Wistar. Для эксперимента отбирали 140 животных в возрасте 2 мес, которых в течение 3 нед (предварительный период) содержали  на полированном рисе, сваренном в течение 15 мин в дистиллированной воде (отвар удаляли, рис промывали). Для профилактики авитаминоза в соответствии с рекомендациями Института питания РАМН (2001) в рацион вводили поливитаминный комплекс; поили бидистиллированной водой.
После периода выравнивания животных методом пар-аналогов разделили на 7 групп (n = 20) и перевели на режим основного учетного периода, в течение которого они получали полусинтетический рацион, разработанный Институтом питания РАМН (2001), с минимальным присутствием Zn, Sе и J. Особям I группы в рацион вводили Sе в форме селенопирана (0001 г ∙ гол-1 ∙ сут-1); II — Zn (сернокислый цинк — 0,042 мг ∙ гол-1 ∙ сут-1), III — J (йодистый калий — 0,332 мкг ∙ гол-1 ∙ сут-1); IV — комплекс микроэлементов (J, Se, Zn); V — Рb и Cd в токсических дозах (сернокислый свинец — 0,004 мг ∙ гол-1 ∙ сут-1, сернокислый кадмий — 0,003 мг ∙ гол-1 ∙ сут-1), в рацион VI группы — дополнительно к токсикантам комбинацию эссенциальных элементов (J, Se, Zn) в тех же дозах, что особям I, II и III групп. Животных последней, контрольной группы (К) оставляли на рационе предварительного периода эксперимента. Токсические дозировки рассчитывали согласно рекомендациям (5).
Убой животных проводили методом декапитации под эфирным рауш-наркозом.
Образцы печени для гистологических исследований фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина с последующим изготовлением серийных парафиновых срезов толщиной 5-7 мкм. Депарафинированные срезы окрашивали гематоксилин-эозином. Для выявленя гликогена и гликопротеинов использовали гистохимическую ШИК-реакцию. Для изучения микроструктур печени использовался микроскоп Микромед-1, вариант 3-20 (Россия); с помощью окулярной точечной сетки-вставки определяли относительную площадь синусоидных капилляров (6), окуляр-микро-метром измеряли диаметр ядер и ядрышек гепатоцитов, на основании чего рассчитывали их объем.
Результаты. У животных в контроле распределение гликогена, выявленное в ШИК-реакции, которое подтвердило также контрольное окрашивание после обработки препаратов амилазой, мало зависело от локализации гепатоцитов: реакция  различалась как у центролобулярных, так и у периферических, то есть расположение клеток, богатых гликогеном, было мозаичным (рис. 1, А).
При добавлении Se в рацион животных (I группа) в образцах отмечали четкое зональное расположение богатых гликогеном клеток. Центролобулярные гепатоциты были лишены гликогена, в периферических клетках наблюдали выраженную ШИК-реакцию. При этом мелкие гранулы гликогена сливались, образуя крупные глыбки резервного гликогена. Синусоидные капилляры вблизи центральных вен были значительно расширены. Вдоль четко ориентированных печеночных балок в составе клеточных элементов, образующих стенку синусоидных капилляров, обнаруживалось много мелких клеток с округлыми ядрами.
Есть предположение, что это Pit-клетки, или гранулосодержащие лимфоциты, обладающие естественной киллерной активностью и одновременно выполняющие эндокринную функцию. Благодаря этому в зависимости от условий они осуществляют противоположные эффекты — при разрушающем действии на печень уничтожают поврежденные гепатоциты, как киллеры, а в период выздоровления стимулируют пролиферацию печеночных клеток, подобно эндокриноцитам.
Добавление Zn (II группа) к сбалансированному рациону после создания в организме дефицита микроэлементов привело к значительному равномерному увеличению интенсивности ШИК-реакции во всех гепатоцитах — как центролобулярных, так и периферических. ШИК-положительные гранулы в цитоплазме гепатоцитов были мелкими, пылевидными, что свидетельствует о повышенной лабильности гликогена. Структура печеночных балок не нарушалась, однако местами наблюдалась лимфоидная инфильтрация (можно предположить, что это Pit-клетки).

А

Б

 Рис. 1. Печень контрольных животных (А) и животных IV группы (Б), обеспеченных комплексом эссенциальных микроэлементов (Zn, Se, J): а — мозаичное расположение гепатоцитов с ШИК-положительной реакцией; б — печеночные балки, образованные гепатоцитами с гранулами гликогена (окуляр ´7, объектив ´40).

При добавлении J (III группа) к сбалансированному рациону структура печеночных балок не нарушалась, как и в печени животных контрольной группы, расположение богатых гликогеном гепатоцитов было мозаичным, но интенсивность ШИК-реакции повышалась. В клетках, лишенных гликогена, наблюдалась вакуолизация цитоплазмы, особенно среди двуядерных гепатоцитов.

А

Б

 Рис. 2. Печень животных на фоне токсических доз Pb и Cd (V группа). А и Б — разные участки и типы нарушений; а — междольковая соединительная ткань с элементами печеночной триады; б — зона некроза; в — гепатоциты, не содержащие глигоген; г — расширенные внутридольковые синусоидные капилляры; д — некроз гепатоцита (г, д — центральная зона печеночной дольки). ШИК-реакция (окуляр ´7, объектив ´40).

При введении в рацион комплекса микроэлементов (IV группа) цитоплазма большинства гепатоцитов обогащалась гликогеном. ШИК-реакция была более выражена, чем в контроле, особенно среди периферических гепатоцитов (см. рис. 1, Б). Хотя в центролобулярных гепатоцитах реакция выражена слабее, явной разницы в окраске между центролобулярными и периферическими клетками не отмечали. По сравнению с контролем увеличилось число гепатоцитов со средним и большим объемом ядра, число ядрышек, ядерно-ядрышковый индекс достигали минимального значения (табл.), что свидетельствует об интенсификации структурно-метаболических процессов в клетках. Структура печеночных балок не нарушалась.
В варианте с поступлением в организм экспериментальных животных солей тяжелых металлов (Pb и Cd) при использовании сбалансированного рациона, лишенного эссенциальных микроэлементов (V группа), в гепатоцитах исчезал гликоген, в отдельных дольках выявлялась вакуолизация и некроз центролобулярных гепатоцитов (рис. 2, А). Местами обнаружились значительные по размерам зоны некроза. Капилляры внутри печеночных долек были расширены (см. рис. 2, Б). В центролобулярной зоне увеличилось число двуядерных клеток (на 4,09 % по сравнению с контролем) (см. табл.).
В сосудах, входящих в состав печеночных триад, наблюдался стаз и сладжирование эритроцитов, в соединительной ткани вокруг печеночных триад — лимфоидная инфильтрация. При добавлении в рацион на фоне Pb и Cd комплекса микроэлементов проявлялся их протективный эффект: клетки были лишены гликогена, то есть происходила его мобилизация, на месте вышедшего гликогена обнаружилось большое количество вакуолей. Если учесть роль гликогена в анаэробном гликолизе, а также в образовании метаболитов типа глюкуроновой кислоты, участвующей в детоксикации, то описанный феномен следует рассматривать как проявление механизма адаптации. Синусоидные капилляры были расширены, структура печеночных балок не нарушена, зоны некроза в печеночных дольках не выявлялись.

 Характеристика микроструктур центролобулярной зоны печени модельных животных по группам в зависимости от обеспеченности рациона микроэлементами

Группа животных

Относительная площадь синусоидных капилляров, %

Число двуядерных клеток, шт.

Объем, мкм3

Ядерно-ядрышковый  индекс

ядра

ядрышка

К

10,00±1,00

2,66±0,88

373,92±0,83

1,34±0,33

279,04

I

20,14±1,26***

5,16±0,40*

438,42±0,74

4,59±0,22

95,51

II

14,60±1,02*

5,5±0,42*

447,70±1,00

5,54±0,21*

80,81

III

13,66±0,88

4,83±0,87

679,20±0,46*

6,67±0,30*

101,82

IV

17,00±1,00*

5,33±0,49*

735,59±0,74*

9,28±0,47*

79,26

V

22,66±1,45**

6,75±0,85*

241,39±1,19

0,69±0,21

349,84

VI

21,00±1,00*

2,33±1,20

294,37±0,54

0,99±0,48

297,34

П р и м е ч а н и е. Описание групп см. в разделе «Методика».
* р < 0,05; **  р < 0,01; *** р < 0,001.

Таким образом, поступление в организм животных токсических элементов (солей Pb и Cd) приводит к структурно-функциональным сдвигам в печени, что выражается в обеднении гепатоцитов гликогеном или полном его исчезновении, их вакуолизации и некрозе, а также изменении диаметра сосудов микроциркуляторного русла. Введение в рацион комплекса эссенциальных микроэлементов (J, Se, Zn) сопровождается повышением функциональной активности печени, а при совместном поступлении с солями тяжелых металлов обеспечивает протективный эффект.

Л И Т Е Р А Т У Р А

  1. Б а р а н о в  В.С. Программа «геном человека» и научные основы профилактической медицины. Вестн. Рос. Акад. мед. наук, 2000, 10: 27-37.
  2. А в ц ы н  А.П.,  Ш а х л а м о в  В.А. Ультраструктурные основы патологии клетки. М., 1979.
  3. K a n a m u r a  S.,  A s a d a - K u b o t a  M. The heterogeneity of hepatocytes during the postnatal development of the mouse. Anat. Embriol., 1980, 158: 151-159.
  4. K e d d e r i s  G.L. Biochemical basis of hepatocellular injury. Toxicol. Pathol., 1996, 24: 77-83.
  5. Э м с л и  Дж. Элементы. М., 1993.
  6. А в т а н д и л о в  Г.Г. Медицинская морфометрия. М., 1990.

Институт биоэлементологии
ФГУП ВПО Оренбургского государственного
университета,

460018 г. Оренбург, просп. Победы, 13,
е-mail: inst_bioelement@mail.ru

Поступила в редакцию 19 ноября 2007 года

MORPHOFUNCTIONAL STATE OF ANIMAL’S LIVER DURING
VARIOUS SUPPLYING OF RATION WITH MICROELEMENTS

S.V. Lebedev, E.A. Sizova

S u m m a r y

In model experiments in conditions of microelements deficiency in organism of experimental animals the authors investigated by the methods of cyto- and histochemistry the structure-functional changes in liver after addition to the ration of toxic dose of Cd and Pb.