УДК 599:539.1.047:612.33

МОРФОФУНКЦІОНАЛЬНИЙ СТАН СЛИЗОВОЇ ОБОЛОНКИ ТОНКОЇ КИШКИ В РЕЗУЛЬТАТІ ДІЇ ІОНІЗУЮЧОГО ОПРОМІНЕННЯ ТА КАДМІЮ

М.Є. Кучеренко, акад., С.В. Хижняк, д.б.н., Л.М. Пазюк, к.б.н., Н.О. Бузинська, к.б.н., О.О. Вечеря, В.М. Войціцький, д.б.н.

Київський національний університет ім. Т. Шевченка

Підвищення радіаційного фону після аварії на ЧАЕС створює додаткове навантаження на організм за умов забруднення навколишнього середовища важкими металами. Іони кадмію та його сполуки є широкорозповсюдженими забруднювачами навколишнього середовища антропогенного походження, яким властива висока токсичність та канцерогенність. Іони кадмію здатні викликати порушення структури ДНК in vitro [1] та хромосомний мутагенез in vivo [2], виявляють антогонізм відносно ряду іонів (Са, Сu, Fe, та ін.) [3]. При надходженні через шлунково-кишковий тракт всмоктування кадмію переважно відбувається в тонкому кишечнику [3], який характеризується також високим ступенем радіочутливості. Морфологічні дослідження тканин відносять до обов'язкових при оцінці впливу різних факторів зовнішнього середовища на організм [4].

Мета даної роботи полягала в дослідженні морфофункціонального стану та проліферативної активності клітин епітелію тонкої кишки при комбінованій дії іонізуючого опромінення та кадмію в експерименті.

Матеріали та методи дослідження

Досліди проводили на білих нелінійних щурах-самцях масою 180-220 г. Кадмію хлорид вводили в дозах 0,5, 1,0 та 5,0 мг/кг маси тіла (в перерахунку на Cd²⁺) перорально за 2 год до опромінення. Тварин опромінювали на установці РУМ-17 рентгенівськими променями у дозах 1,0 та 2,0 Гр (потужність дози — 0,35 Гр/хв) [5]. Тварин розподіляли на декілька груп: контрольна (1 група), опромінена в дозі 1 Гр (2 група) чи 2 Гр (3 група); тварин 4 групи піддавали дії Cd²⁺ в дозі 0,5 мг/кг або сумісно із опроміненням в дозі 1 Гр (5 група) чи 2 Гр (6 група), щурів 7 групи піддавали дії Cd²⁺ в дозі 1 мг/кг, або сумісно із опроміненням в дозі 1 Гр (8 група) чи 2 Гр (9 група), тварин 10 групи — Cd²⁺ в дозі 5 мг/кг.

Тварин забивали декапітацією через 1 доб після опромінення. За 2 год до забою тваринам перорально вводили розчин колхіцину в концентрації 0,2 мг/100г маси. Об'єктом дослідження були три відділи тонкої кишки — дванадцятипала, порожня та клубова.

Гістологічні зрізи тонкого кишечника готували згідно з [6]. На парафінових та напівтонких зрізах за допомогою окулярмікрометра вимірювали висоту ентероцитів одношарового епітелію щіткової кайми. Вимірювання площі поперечного перерізу ядер проводили на напівавтоматичній установці "Інтеграл-2МТ" за програмою "Маркер". Мітотичний індекс визначали згідно [7] та підраховували кількість клітин, які припадають на крипту.

Розрахунки виконані за допомогою програми Statistica V5.0 (StatSoft.Inc.,USA). Для порівняння результатів між групами використовували t-критерій Стьюдента.

Результати та їх обговорення

За даними світлової мікроскопії, гістоструктура епітелію тонкої кишки в контрольних та дослідних тваринах майже не відрізняється. Основну частину становлять високі циліндричні ентероцити невеликої та середньої щільності.

Результати досліджень морфологічних показників клітин епітелію 3 відділів тонкої кишки подано в табл.1. Встановлено, що введення кадмію тільки в концентрації 5 мг/кг приводить до зменшення висоти ентероцитів (приблизно на 13 %). Рентгенівське опромінення в дозах 1 чи 2 Гр також зменшує висоту ентероцитів, особливо в дванадцятипалій та клубовій кишках (приблизно на 30 %). Сумісна дія іонів кадмію та опромінення майже не впливає на висоту клітин епітелію порожньої кишки. В інших відділах після введення cd²⁺(1 мг/кг) поряд з опроміненням в дозах 1 чи 2 Гр висота ентероцитів зменшується по відношенню до контролю приблизно на 14-18 %. Сумісна дія іонів кадмію та опромінення майже не впливає на площу ядер ентероцитів, які вистилають ворсинки клубової кишки, а в дванадцятипалій та порожній кишках площа ядер зменшується приблизно на 10-12 %. При окремій дії цих чинників (окрім кадмію в дозі 1,0 мг/кг) спостерігається зменшення, приблизно на 12-18 %, площі ядер ентероцитів.

Отже, сумісна дія кадмію та опромінення незначно впливає на висоту ентероцитів тонкої кишки та площу їх ядер. Причому, за чутливістю до сумісної дії іонів кадмію та опромінення різні відділи характеризуються слідуючим чином: дванадцятипала > клубова > порожня. Окрема дія чинників (опромінення в дозі 1 та 2 Гр чи введення кадмію в дозі 5 мг/кг) приводить до більших змін показників в однаковій мірі для всіх відділів тонкої кишки. Найбільше знижується висота ентероцитів при опроміненні (приблизно на 30 %), при цьому площа ядер зменшується на 12-18 %, що вказує на пригнічення функціональної активності ентероцитів тонкої кишки.

Епітелій кишковика — одна з клітинних систем, яка найбільш швидко оновлюється і знаходиться в стаціонарному стані, тобто систем, де дотримується рівновага між проліферацією та загибеллю клітин. Цикл поділу в криптах триває приблизно 24 год і вже через добу ентероцити з'являються біля основи ворсинки [8]. Зміни проліферативної активності спостерігаються вже в перші години після опромінення в різних дозах, а відновлення рівню проліферації (в залежності від дози) наступає на 2-4 доб [9].

Вивчення різних ділянок тонкої кишки показало, що через 1 доб після опромінення в дозах 1,0 та 2,0 Гр спостерігається достовірне зниження популяції клітин крипт, які утворюють її проліферативну зону (табл. 2). Так, при опроміненні в дозі 1 Гр зниження даного показника для дванадцятипалої, порожньої та клубової кишок відбувалось на 33, 40 та 37 %, а при опроміненні в дозі 2 Гр — відповідно на 56, 58 та 47 %. Мітотичний індекс в різних відділах тонкої кишки при цьому зростає (табл. 3). Найбільші зміни відбуваються в порожній кишці: поряд із достовірним зниженням кількості клітин в криптах зростає їх мітотична активність (в полі зору спостерігаються крипти з 5-6 фігурами мітотичних клітин). Отримані дані свідчать про прискорення процесів регенерації переважно в цьому відділі тонкої кишки.

Введення кадмію (0,5 мг/кг) майже не впливало на мітотичну активність клітин в криптах різних відділів тонкої кишки, але із збільшенням дози кадмію мітотичний індекс значно знижується (табл. 3). В полі зору інколи зустрічали крипти з 1-ю чи 2-а фігурами мітотичних клітин. В той же час, введення cd²⁺ в дозі 0,5 мг/кг приводить до більш суттєвого зниження загальної кількості клітин, які вистилають крипти, відповідно на 45, 43, 38 % для різних відділів тонкої кишки. Тобто, із зростанням дози кадмію пригнічується проліферативна активність кишечного епітелію.

При сумісній дії іонів кадмію (0,5 мг/кг) та опромінення в різних дозах загальна кількість клітин в криптах зменшується. Одночасно збільшується мітотична активність різних відділів тонкої кишки (особливо при сумісній діі кадмію та опромінення в дозі 2 Гр). Крипти містять 5-6 і більше клітин в стадіі поділу. Отримані результати свідчать про активацію за даних умов впливу процесів регенерації кишки.

При сумісній діі іонів кадмію (1 мг/кг) та опромінення в різних дозах загальна кількість клітин, які вистилають крипти зменшується (табл. 2), мітотичний індекс знижується, причому найбільше на початку тонкої кишки (табл. 3). Крипти цього відділу містять 1-2 клітини, які знаходяться у стадії поділу, однак більша частина крипт не містить мітотичних клітин. Таким чином, проліферативна активність клітин за даних умов впливу знижується.

Таким чином, виявлено відмінності в сумісній дії опромінення та кадмію (в залежності від дози) на морфофункціональну активність тонкої кишки. На фоні незначного зменшення функціональної активності епітеліальних клітин ворсинок при сумісній дії кадмію (0,5 мг/кг) та опромінення (в дозах 1 і 2 Гр) спостерігається зростання регенеративних процесів в тонкій кишці. Сумісна дія кадмію (1 мг/кг) та опромінення в досліджуваних дозах приводить до зниження функціональної активності ентероцитів тонкої кишки поряд із пригніченням проліферативних процесів в епітелії кишечника.

Література
1. Coogan T.P., Bare R.M., Waalkes M.P. Cadmium-induced DNA strand damage in cultured liver cells: reductin in cadmium genotoxicity following zinc pretreatment // Toxicol Appl. Pharmacol. —1992. —V. 113, N 2. —P. 227-233.
2. Bassendowska-Karska E.,Zawadzka-Kos M. Влияние одновременного воздействия смеси хлорида свинца, сульфата кадмия и трехокиси мышьяка на частоту хромосомных аббераций и появление микроядер в клетках костного мозга крыс // Bromatol.Chem.Toksikol. (Warslaw)-1987. —V. 20, N 1. —P. 48-52.
3. Богомазов М.Я., Гарибян Г.М. Влияние содержания цинка в рационе экспериментальных животных на всасывание, распределение и накопление хлорида кадмия в организме при различных путях его введения // Вопросы питания. —1992. —N 6. —С. 51-53.
4. Беляева Н.Н. Значимость морфологических показателей в гигиенических исследованиях // Гиг. санитар. —2000. —№ 2. -С. 56-58.
5. Хижняк С.В., Коваленко И.Е., Войцицкий В.М. Кальций-транспортирующая способность мембран щеточной каймы энтероцитов тонкого кишечника после воздействия ионизирующего излучения // Укр.биохим. журн. —1997. —Т. 69, N1. —С. 41-46.
6. Волкова О.В., Елецкий Ю.К. Основы гистологии и гистологической техники. —М.: Наука, 1982. —С. 25-40.
7. Методы биологии развития: экспериментально-эмбриологические, молекулярно-биологические и цитологические / Под ред. Л. Астаурова. —М.: Наука, 1974. —С. 129-133.
8. Морозов И.А.,Лысиков Ю.А., Питран В.А., Хвыля С.И. Всасывание и секреция в тонкой кишке. —М.: Медицина, 1988. —220 с.
9. Тимашкевич Т.Б. Пути и механизмы регенерации пищеварительного тракта у позвоночных. —М.: Наука, 1978. —С. 183.