Morphological features of the rat’s thyroid gland after application of defect in the tibiae

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Одной из медико-социальных проблем, которая приводит к временной или постоянной нетрудоспособности населения из-за нарушения анатомической целостности и сопутствующих осложнений, является травматизм. Получив травму, человек в течение определенного срока не может выполнять свои трудовые обязанности, а иногда полностью утрачивает способность продолжать трудовую деятельность [1].

Организм реагирует на травму комплексом сложных изменений нейрогуморальной регуляции, целью которых является перестройка метаболизма для адаптации к воздействию. Одной из желез внутренней секреции, которая активно реагирует на травматическое воздействие изменением своей функции, является щитовидная железа [2]. Установлено, что в период после травмы наблюдается дефицит трийодтиронина в плазме крови как результат уменьшения дейодинации тироксина. При этом уровень последнего может оставаться на нормальной отметке, быть повышенным, но в большинстве случаев наблюдается его дефицит. Подобные изменения уровня тиреоидных гормонов не связаны с изменением концентрации тиреотропного гормона аденогипофиза, который при травме остается на нормальном уровне или даже снижается [3]. Если изменения функции щитовидной железы в разные сроки после травмы достаточно полно освещены в литературе, то ее морфологические изменения в этих условиях практически не изучены.

ЦЕЛЬ

Изучить при помощи световой и электронной микроскопии, гистоморфометрии влияние нанесения сквозного дефекта в обоих большеберцовых костях на структурную организацию щитовидной железы крыс.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Для достижения цели эксперимента 60 белых крыс-самцов (репродуктивный период онтогенеза, половозрелый возраст, исходный вес 200–210 г) были разделены на две группы. Первая группа – интактные животные. Вторая группа – животные, которым под общей анестезией эфирным наркозом было проведено оперативное вмешательство и в проксимальном метафизе правой и левой большеберцовых костей бором был произведен сквозной циркулярный дефект [4]. Содержание и манипуляции над животными проводились в соответствии с правилами содержания экспериментальных животных, установленными Директивой 2010/63/EU Европейского парламента и Совета Европейского союза. По истечении 3, 10, 15, 24, 45 суток с момента нанесения дефекта крыс выводили из исследования методом декапитации под наркозом диэтилового эфира. Из тела животного извлекали щитовидную железу и осуществляли ее гистологическую проводку по стандартной методике. Затем изготавливались срезы толщиной 5-6 мкм и окрашивались гематоксилин-эозином. Для изучения срезов на гистологических препаратах, их фотографирования и морфометрии применялся комплекс, включающий персональный компьютер (ПО Nis-Elements BR 4.60.00), микроскоп Nikon Eclipse Ni и цифровую камеру Nikon DS-Fi3. Для количественной оценки изменений структурной организации щитовидной железы в центральном и периферических ее отделах осуществляли замеры в ручном режиме не менее чем на 10 участках каждого среза. Измеряли внутренний диаметр фолликула, высоту фолликулярного эпителия (объектив 10х), а также площадь ядер и цитоплазмы фолликулярных клеток (объектив 100х). Далее вычислялись просвет-эпителиальный индекс (отношение внутреннего диаметра фолликула к высоте фолликулярного эпителия) и ядерно-цитоплазматическое отношение. Дальнейший статистический анализ цифровых значений параметров проводился в лицензионных программах MS Excel и Statistica 5.1. Два критерия – Шапиро – Уилка и Колмогорова – Смирнова – использовались для установления характера распределения данных и дальнейшего выбора метода сравнения контрольных и экспериментальных значений. Учитывая, что данные были подчинены нормальному закону распределения, для установления достоверности отклонений использовался критерий Стьюдента – Фишера. Различие считалось достоверным при вероятности ошибки 5%.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Животные, отобранные для группы контроля, имели тироциты, структура которых была сопоставима с данными, указанными другими исследователями [5, 6].

Во второй группе в щитовидной железе половозрелых крыс на 3, 10, 15-е сутки наблюдения определялись большие фолликулы на периферии органа (с однослойным плоским эпителием), а также крупные и средние в его центре (с однослойным низким кубическим, реже плоским эпителием). Фолликулов с небольшим диаметром, выстланных низким кубическим эпителием, было мало. Коллоид заполнял полностью или большую часть полости фолликулов, где также могли встречаться поодиночке или в виде групп десквамированные эпителиоциты. Определялось умеренное количество клеток с морфологическими признаками апоптоза. Фолликулы плотно прилегали друг к другу, капиллярное русло слабо визуализировалось из-за скудного наличия в нем форменных элементов крови. К 24-м суткам эксперимента в коллоиде появлялись резорбционные вакуоли, количество клеток со светлой цитоплазмой и темным ядром, а также эпителиоцитов, отделенных от базальной мембраны, становилось меньше. В поле зрения несколько раз выявлялись фолликулы с плотно упакованными слущенными эпителиоцитами, которые заполняли полость фолликула. Межфолликулярные промежутки содержали капилляры со щелевидным просветом, в котором были расположены форменные элементы крови (рисунок 1). К 45-м суткам только на периферии встречались единичные фолликулы с однослойным плоским эпителием, коллоид в большинстве случаев заполнял полости фолликулов и в нем встречались единичные резорбционные вакуоли.

Рисунок 1. Микроскопические особенности строения щитовидной железы после нанесения сквозного дырчатого дефекта в проксимальном метафизе большеберцовой кости (а, б – 3 сутки наблюдения, в – 24 сутки наблюдения): 1 – тироцит кубической формы; 2 – тироцит плоской формы; 3 – тироцит со светлой цитоплазмой и темным ядром; 4 – слущенные эпителиальные клетки; 5 – единичный фолликул, заполненный прилежащими друг к другу слущенными клетками; 6 – резорбционные вакуоли; 7 – фолликул в центре железы; 8 – фолликул на периферии железы; 9 – коллоид; 10 – сосуд. Окрашивание: гематоксилин и эозин. Увеличение: объектив 40, окуляр 10.

Проведенное гистоморфометрическое исследование показало, что в группе с нанесением дефекта в большеберцовых костях в центральной части щитовидной железы высота фолликулярного эпителия была достоверно меньше показателя контрольной группы с 3 по 15-е сутки на 8,44%, 5,52%, 3,86%, площадь ядер фолликулярных клеток – с 3 по 10-е сутки на 5,22%, 4,93%, а ядерно-цитоплазматическое отношение – с 3 по 15-е сутки на 3,11%, 2,29%, 2,28%. Просвет-эпителиальный индекс, напротив, был больше с 3 по 10-е сутки на 3,23%, 3,87% (абсолютные величины рассматриваемых показателей приведены в таблице 1).

Таблица 1. Морфометрические показатели щитовидной железы крыс после нанесения дефекта в большеберцовых костях, (M±m)

Table 1. Morphometric parameters of rat’s thyroid gland after application a defect in the tibiae, (M±SE)

Примечание: * означает достоверное отличие от значений первой группы.

В периферической части щитовидной железы при морфометрии выявлено, что высота фолликулярного эпителия уменьшалась по сравнению с аналогичным значением параметра контрольной группы с 3 по 15-е сутки на 5,53%, 3,70%, 3,25%, площадь ядер фолликулярных клеток – на 3 сутки 5,31%, ядерно-цитоплазматическое отношение – с 3 по 10-е сутки на 4,63%, 3,01%, а просвет-эпителиальный индекс увеличивался на 3 сутки на 2,79% (здесь и выше указываемые отличия показателей второй группы от контрольной группы являются достоверными с вероятностью ошибки меньше 5% (р<0,05)).

Ультрамикроскопическое исследование на третьи сутки наблюдения показало, что тироциты были низкой кубической или плоской формы. Ядро у них имело немного извилистые контуры, гетерохроматин был расположен непрерывно под ядерной мембраной и в кариоплазме. Цистерны гранулярной эндоплазматической сети были спавшимися или имели небольшие щелевидные промежутки. Визуализировались единичные лизосомы и секреторные гранулы в апикальной части клеток. Микроворсинки, обращенные в полость фолликула, были короткие. Капилляры, прилежавшие к тироцитам, имели щелевидные просветы. Митохондрии были умеренно развиты, а некоторые имели электронно-плотное содержимое. К 24-м суткам преобладали эпителиоциты кубической или призматической формы, а плоские клетки встречались в единичных фолликулах. Ядро овальной или круглой формы имело четкие границы, а гетерохроматин располагался небольшими глыбками под ядерной мембраной и в кариоплазме. Митохондрии и гранулярная эндоплазматическая сеть были умеренно развиты, в последней четко визуализировались щелевидные пространства. Микроворсинки на апикальной поверхности тироцитов были средней величины. В цитоплазме эпителиоцитов наблюдались немногочисленные лизосомы и секреторные гранулы. В капиллярах определялись форменные элементы крови (рисунок 2).

Рисунок 2. Электронные микрофотографии участков щитовидной железы после нанесения сквозного дырчатого дефекта в проксимальном метафизе большеберцовых костей (а – 3 сутки наблюдения, б – 24 сутки наблюдения): ТЦ – тироцит; Кп – капилляр; Э – эритроцит; С – секреторный пузырек; Я – ядро; Х – гетерохроматин; Ми – митохондрии; М – микроворсинка; Г – гранулярная эндоплазматическая сеть; Л – лизосома. Увеличение: ×8000.

ОБСУЖДЕНИЕ

По данным литературы известно, что после нанесения дырчатого сквозного дефекта трубчатой кости в ней начинается репаративный остеогенез, который можно разделить на несколько стадий: первая неделя – формирование сосудистой гематомы, активация остеокластов, увеличение количества мезенхимальных клеток; вторая неделя – начало формирования пластинчатого матрикса, окруженного остеобластами; третья неделя – костная матрица заполняет дефект; четвертая неделя – увеличение доли пластинчатой костной ткани; период 6–8 недель – формирование взаимосвязанных между собой гаверсовых систем [7, 8]. Данное исследование позволяет объяснить сроки изучения морфогенеза щитовидной железы на 3, 10, 15, 24 и 45-е сутки после нанесения сквозного циркулярного дефекта в большеберцовой кости.

Наличие травмы способствует развитию оксидативного стресса [9], что может быть причиной дисбаланса в работе каскада ДНК-РНК-белок [10]. Также, согласно материалам работ, в ранние сроки эксперимента количество гормонов трийодтиронина и тироксина уменьшается, а уровень тиреотропного гормона не изменяется или незначительно снижается в кровотоке. Данные результаты свидетельствуют о компенсаторном механизме организма, воздействующем непосредственно на тироциты, а не на всю гипоталамо-гипофизарно-тиреоидную ось регуляции [11, 12]. Данные исследования объясняют появление фолликулов с плоским эпителием, наличие частично заполненных неоднородным коллоидом фолликулов, снижение ядерно-цитоплазматического отношения, увеличение просвет-эпителиального индекса по сравнению с результатами контрольной группы в ранние сроки наблюдения. Также на электронограммах выявлялся гетерохроматин в ядре, спавшиеся или со щелевидными просветами цистерны гранулярной эндоплазматической сети, низкие микроворсинки и единичные секреторные гранулы и лизосомы на третьи сутки наблюдения, что подтверждает гипофункцию тироцитов.

Согласно данным литературы, снижение кровенаполнения, которое может выявляться при гипотиреозе, способно вызывать деструктивно-дистрофические процессы [13]. Данные материалы позволяют объяснить наличие клеток с признаками самозапрограммированной клеточной гибели, а также измененных эпителиоцитов поодиночке или группами в полости фолликулов (на 3, 10, 15, 24-е сутки), или же они могут полностью заполнять полость фолликула в виде компактно упакованных уплощенных, наложенных друг на друга клеток (24-е сутки). На электронограммах на третьи сутки определяются капилляры со щелевидным просветом.

Следует отметить, что изменений уровня гормонов тироксина и трийодтиронина в поздних стадиях репаративного остеогенеза изучено не было. При этом, по данным исследований, уровень кальцитонина в крови постепенно возрастает с момента травмы, достигая максимума к концу процесса регенерации костной ткани [14]. По данным литературы, функциональная активность кальцитониноцитов напрямую связана с тироцитами [15], поэтому можно предположить, что уровни тироксина и трийодтиронина также восстанавливаются или же возрастают соответственно. Данное предположение подтверждается уменьшением числа фолликулов с плоским эпителием, клеток с явлениями апоптоза, увеличением количества фолликулов, заполненных однородным коллоидом, а также резорбционных вакуолей в нем. На электронограммах количество гетерохроматина становится меньше в ядре, гранулярная эндоплазматическая сеть в цитоплазме умеренно развита, появляются немногочисленные секреторные гранулы, лизосомы, средней величины микроворсинки, что подтверждает восстановление функциональной активности тироцитов в поздние сроки наблюдения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нанесение дефекта в большеберцовых костях крыс сопровождается развитием морфологических изменений в их щитовидной железе, которые регистрировались при помощи светооптического, электронно-микроскопического методов исследования, а также при гистоморфометрии. Наибольшие по амплитуде изменения наблюдались в период с 3 по 15 сутки, после чего изучаемые морфологические признаки достигали значений контрольной группы, что свидетельствует об адаптации органа к экспериментальному воздействию к концу срока наблюдения.

Конфликт интересов: автор заявляет об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

About the authors

Vitalii N. Morozov

Author for correspondence.
Email: morozov_v@bsu.edu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1169-4285

PhD, Associate professor, Department of Human Anatomy and Histology

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1. Thyroid gland microscopic features after the application of a defect in the proximal tibiae metaphysis (a, б – 3rd day, в – 24th day): 1 – a cuboidal thyrocyte, 2 – flat thyrocyte, 3 – thyrocyte with light cytoplasm and dark nucleus, 4 – desquamated epithelial cells, 5 – a single follicle filled with adjacent desquamated cells, 6 – resorption vacuoles, 7 – follicle in the center of the gland, 8 – follicle on the periphery of the gland, 9 – colloid, 10 – blood vessel. Staining: hematoxylin and eosin. Magnification: ×400.

Download (2MB)

Indexing metadata

3. Figure 2. Electron micrographs of the thyroid gland after the application of defect in the proximal tibiae metaphysis (a – 3rd day, б – 24th day): ТЦ – thyrocyte, Kп – capillary, Э – erythrocyte, C – secretory vesicle, Я – nucleus, X – heterochromatin, Mи – mitochondria, M – microvillus, Г – rough endoplasmic reticulum, Л – lysosome. Magnification: ×8000.

Download (2MB)

Indexing metadata