Mast cells of the lungs during experimental exposure to glycerin-propylene glycol smoking mixture

Full Text

Введение

Употребление табака является вторым по значимости фактором риска, ведущим к смертности и инвалидизации, для мужчин и шестым для женщин на 2019 год [5]. Тем не менее в России на 2022 год, по данным Всероссийского центра изучения общественного мнения, курит 33% граждан, то есть порядка 48,5 миллиона человек.

В последнее время, помимо традиционных никотинсодержащих курительных смесей (НКС) – табачных изделий или сигарет, стали популярны методы курения, основанные на нагревании специальной жидкости, превращающих ее в аэрозоль, который и вдыхает человек. Жидкости всегда в своей основе имеют растворители (глицерин, пропиленгликоль), к ним дополнительно добавляют ароматизаторы и никотин, однако есть и безникотиновые смеси. Устройства, работающие по такому принципу, получили название вейп (от англ. vapour «пар»), или электронные сигареты. Вейп активно рекламируется как безопасная замена сигаретам или вспомогательное средство для отказа от курения, хотя на сегодняшний день, по данным ВОЗ, нет убедительных данных об эффективности такой «терапии». Люди употребляют вейп ради развлечения, вкуса, эксперимента, замены обычных сигарет и из-за социального давления [4]. В силу большого разнообразия электронных сигарет и составов курительных смесей (КС) для них влияние вейпа на дыхательную систему и организм человека до конца не исследовано. Существуют данные о крайне неблагоприятном влиянии КС для вейпа (ВКС) на человека, включая и летальные исходы [2, 3]. Возможную роль в этих процессах играют тучные клетки (ТК) легких, как обязательный компонент их микроокружения. Как известно, ТК участвуют в развитии патологических воспалительных процессов и в ремоделировании тканей. Цель работы – изучение влияния на ТК легких крыс глицерин-пропиленгликолевой ВКС.

Материалы и методы

Исследование проводилось на самках крыс линии Wistar, в возрасте 4 месяцев. Животные были получены из вивария ИИФ УрО РАН. Все животные предварительно прошли карантин. Животных помещали в ингаляционную камеру, где ежедневно по 1 часу в течение 3 месяцев крысы подвергались воздействию следующих КС: в качестве контроля – НКС – табачный дым, 60 мг/м³, n = 9; КС для вейпа (ВКС) – 30% пропиленгликоль / 70% глицерин, 20 мг/м³, n = 9. Группа сравнения – интактные крысы (ИК), n = 9. По окончании каждой серии экспериментов собирался гистологический материал легких. Выведение животных из эксперимента производилось спустя 12 недель после начала путем передозировки диэтилового эфира.

Для оценка морфофункционального состояния тканей легких и популяции ТК были проведены гистологические исследования легких. По стандартной схеме изготавливали препараты для дальнейшего микроскопирования. Было выполнено окрашивание гематоксилином и эозином, также проводилось окрашивание толуидиновым синим для идентификации ТК. Легкие исследовались на наличие патологических признаков: наличие фиброза, клеточных инфильтраций, сладж-комплексов в сосудах, оценивалось количество сосудов и форма альвеол. Также подсчитывали количество ТК, оценивали их морфологию и локализацию. ТК типировали по содержанию гранул в цитоплазме, характеру их распределения и дегрануляции. Определяли синтетическую активность, вычисляя средний гистохимический коэффициент (СГК), и дегрануляционную активность, вычисляя коэффициент дегрануляции (КД) [1].

Математический анализ и статистическая оценка результатов производились в программах STATISTICA 13.3, StatSoft Inc., IBM SSPS Statistics 25 (США) и при помощи языка программирования R. Для оценки достоверности различий между данными использовался критерий Манна–Уитни, различия считались достоверными при p < 0,05. Для оценки достоверности корреляции между данными был использован критерий Спирмена, корреляции считались достоверными при p < 0,05. Для исключения ошибок первого рода при исследовании корреляции был использован метод Бенджамина–Хохберга, данные считались достоверными при p < 0,05.

Результаты и обсуждение

Длительное воздействие НКС и ВКС вызывает однонаправленные изменения, которые приводят к развитию воспалительного процесса и структурным перестройкам ткани легких (табл. 1). В группе с воздействием ВКС данные изменения носят более выраженный характер, по сравнению с группой, подвергавшейся действию НКС. Вероятно, это происходит в результате того, что компоненты пара ВКС конденсируются на дыхательных путях и являются длительное время раздражающим фактором.

 

Таблица 1. Оценка изменений легочной ткани, функциональной активности популяции ТК легких крыс после воздействия КС и оценка корреляции между данными параметрами

Table 1. Assessment of changes in lung tissue, functional activity of the rat lung MC population after exposure of SM and assessment of the correlation between these parameters

Оцениваемый признак / Evaluated feature			ИК / IR			НКС / NSM		ВКС / VSM
Процентная выраженность изменения формы альвеол, % Percentage severity of alveolar shape changes, %			0			40,00*±12,14		25,00*±13,33
Толщина стенки бронха, мкм Bronchial wall thickness, μM			23,88±4,90			51,50*±17,45		74,60*±14,48
Площадь клеточной инфильтрации, мм2/1 мм2 Area of cellular infiltration, mm2/1 mm2			0,0006±0,0005			0,0036*±0,0086		0,0239*, **±0,0050
Количество участков инфильтрации, шт/1 мм2 Number of infiltration sites in 1 mm2			0,1156±0,0130			0,4839*±0,1960		0,4688*±0,1100
Процентная выраженность сладж-комплексов, % Percentage of sludge complexes, %			0,00±3,58			43,0*±20,1		57,00*±11,83
Количество средних сосудов (d = 20-70 мкм), шт/1 мм2 Number of medium vessels (d = 20-70 μM) in 1 mm2			0,38±0,11			0,82*±0,19		0,65±0,13
Количество мелких сосудов (d = 0-20 мкм), шт/1 мм2 Number of small vessels (d = 0-20 μM) in 1 mm2			1,68±0,34			2,70*±0,74		2,26±0,38
Общее количество ТК, шт/0,1 мм2 Total number of MC in 0.1 mm2			5,66±3,98			5,66±3,69		9,43*, **±3,53
Значение СГК Value of AHC			1,01±0,09			1,45*±0,19		1,55*±0,12
Значение КД Value of CD			0,58±0,03			0,84*±0,04		0,85*±0,03
Оценка корреляции между изменениями в легких и активностью ТК Evaluation of the correlation between changes in the lungs and MC activity
Параметр / Parameter	Коэффициент корреляции / Correlation coefficient
СГК ТК / AHC of MC	–	0,68		–	0,64		0,60	–	–
Параметр изменения легочной ткани Parameter of lung tissue change	Изменение формы альвеол Alveolar shape change	Площадь участков инфильтрации Area of the infiltration sites		Количество участков инфильтрации Number of the infiltration sites	Фиброз стенки бронха Bronchial wall fibrosis		Наличие сладж-комплексов Presence of sludge complexes	Количество средних сосудов Number of medium vessels	Количество мелких сосудов Number of small vessels
КД ТК / CD of MC	0,69	0,50		0,65	0,48		0,54	0,54	0,51

Примечание. Значения представлены медианами с абсолютным медианным отклонением. * – значения группы достоверно отличаются от значений группы ИК, по критерию Манна–Уитни p < 0,05; ** – значения группы достоверно отличаются от значений группы НКС, по критерию Манна–Уитни p < 0,05.

Note. The values are represented by medians with an absolute median deviation. *, the values of the group significantly differ from the values of the IR group; according to the Mann–Whitney criterion, p < 0.05; **, the values of the group significantly differ from the values of the NSM group; according to the Mann–Whitney criterion, p < 0.05.

 

ТК дыхательных путей характеризуются большой гетерогенностью из-за обилия различных анатомических областей и сред. В ходе работы была изучена популяция ТК соединительнотканного типа в легких экспериментальных животных. Эти клетки более долгоживущие, по сравнению с ТК слизистого типа, и играют значительную регуляторную роль, участвуют в поддержании гомеостаза.

В норме в легких крыс ТК овальные или округлые по форме, чаще встречаются клетки с бледной окраской с малой насыщенностью гранулами. У экспериментальных животных клетки по форме встречаются удлиненные или сильно вытянутые. В локализации между группами не было выявлено существенных различий. ТК встречаются около кровеносных сосудов, в стенках бронхов, в плевре, реже наблюдаются в паренхиме легких.

Общая синтетическая активность достоверно увеличивается и в группе НКС, и в группе ВКС по сравнению с ИК. Дегрануляционная активность также значительно увеличивается в обеих экспериментальных группах. Увеличение же общего количества ТК фиксируется лишь в группе ВКС, что может свидетельствовать о более сильном негативном воздействии данной КС на ткани дыхательных путей.

Вышеприведенные морфометрические данные свидетельствуют о функциональной активации ТК в ответ на негативное воздействие НКС и ВКС. ТК начинают интенсивно формировать гранулы с медиаторами, выделять их в межклеточное пространство. Последние, через воздействие на клетки-мишени, играют роль в формировании структурных изменений в легких, которые касаются микроциркуляторного русла, иммунных и соединительнотканных компонентов. Эта гипотеза была подтверждена проведенным корреляционным анализом (табл. 1). Можно говорить о существовании корреляции между развитием патологических процессов в легких и активностью ТК при воздействии КС. Увеличение СГК коррелирует с увеличением толщины бронхов, а увеличение КД – практически со всеми изменениями в легочной ткани.

ТК, через выделение соответствующих медиаторов, влияют на наблюдаемые морфологические изменения легочной ткани (рис. 1, см. 3-ю стр. обложки). Так, одно из главных веществ ТК гистамин, а также химаза, триптаза, VEGF, способствуют расширению сосудов, увеличению проницаемости капилляров и ангиогенезу. Увеличение количества сосудов наблюдается в обеих экспериментальных группах. Секретируемые ТК PAF, PDGF вызывают активацию тромбоцитов, что способствует возникновению агрегации эритроцитов и других форменных элементов (сладж-феномену). Увеличение проницаемости позволяет иммунным клеткам проще проникать в ткани. Протеазы ТК усиливают рекрутинг лейкоцитов. Интерлейкины (IL-1, IL-2, IL-3, IL-5, IL-15 и др.), TNFα, лейкотриен В4, продуцируемые ТК, имеют провоспалительный характер действия, привлекают гранулоциты, способствуют пролиферации и активации иммунных клеток. Так, мы отмечаем значительно большие по площади, в сравнении с островками лимфоидной ткани бронхов (BALT) интактных животных, очаги лимфоцитарно-лейкоцитарной инфильтрации при воздействии ВКС. В развитии фиброза также играют роль ТК – фактор роста TGF-β, IL-6, выделяемые ими, стимулируют пролиферацию фибробластов и отложение коллагена [6]. Таким образом, большинство медиаторов ТК усиливают патологические изменения, наступающие при длительном воздействии КС.

 

Рисунок 1. Структурные изменения в тканях легких и реакция популяции легочных ТК при воздействии НКС и ВКС

 

Выводы

1. Воздействие и никотинсодержащей, и глицерин-пропиленгликолевой КС вызывает однонаправленные изменения в дыхательных путях, которые выражаются в развитии воспалительных процессов и ремоделировании тканей легких.
2. Популяция ТК в легких реагирует повышением функциональной активности независимо от состава курительной смеси. Однако длительное воздействие глицерин-пропиленгликолевой курительной смеси приводит еще и к увеличению числа ТК в ткани, что может расцениваться как долгосрочная мера со стороны микроокружения, свидетельствующая о более весомом негативном влиянии данной курительной смеси.

Благодарности

Выражаем благодарности Евгению Романовичу Федотикову за помощь в проведении эксперимента и конструирование ингаляционной камеры.

About the authors

Olga S. Artashyan

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; B. Yeltsin Ural Federal University

Author for correspondence.
Email: artashyan@inbox.ru

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology; Associate Professor, Department of Biology and Fundamental Medicine

Russian Federation, Ekaterinburg; Ekaterinburg

O. P. Yarema

B. Yeltsin Ural Federal University

Email: artashyan@inbox.ru

Master's Student, Department of Biology and Fundamental Medicine

Russian Federation, Ekaterinburg

References

Supplementary files