Морфологические особенности щитовидной железы крыс после нанесения дефекта в большеберцовых костях

Полный текст

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)

Срок периода реадаптации	Внутренний диаметр фолликула, мкм	Высота фолликулярного эпителия, мкм	Просвет-эпителиальный индекс	Площадь ядер фолликулярных клеток, мкм2	Площадь цитоплазмы фолликулярных клеток, мкм2	Ядерно-цитоплазма-тическое отношение
Первая группа
3	61,95±0,73 86,23±0,80	7,94±0,07 6,63±0,05	7,89±0,08 13,88±0,09	26,45±0,43 18,18±0,35	33,81±0,29 26,36±0,33	0,803±0,003 0,720±0,004
10	62,27±0,93 86,32±0,80	8,00±0,07 6,67±0,06	7,89±0,09 13,91±0,09	26,45±0,48 18,20±0,37	33,80±0,29 26,38±0,35	0,800±0,004 0,720±0,004
15	62,33±1,10 86,80±0,60	8,04±0,09 6,71±0,06	7,94±0,09 14,02±0,12	26,57±0,50 18,26±0,33	33,87±0,58 26,40±0,32	0,803±0,003 0,720±0,004
24	62,64±1,12 86,17±0,58	8,09±0,09 6,72±0,05	7,99±0,09 14,15±0,18	26,59±0,70 18,31±0,43	33,75±0,62 26,47±0,37	0,805±0,004 0,725±0,004
45	64,29±1,22 86,58±0,87	8,32±0,09 6,79±0,05	8,15±0,08 14,27±0,19	26,73±0,58 18,41±0,45	33,95±0,57 26,75±0,41	0,807±0,007 0,725±0,004
Вторая группа
3	64,02±0,62 87,96±0,82	7,27±0,11* 6,26±0,08*	8,14±0,07* 14,40±0,19*	25,08±0,31* 17,21±0,24*	34,38±0,33 27,04±0,39	0,778±0,008* 0,686±0,007*
10	64,02±0,80 87,83±0,94	7,56±0,09* 6,43±0,08*	8,20±0,09* 14,30±0,08*	25,15±0,24* 17,31±0,18	34,32±0,35 27,10±0,40	0,781±0,006* 0,698±0,004*
15	63,70±0,96 88,31±0,89	7,73±0,10* 6,49±0,05*	8,20±0,11 14,30±0,12	25,96±0,46 17,82±0,32	34,50±0,52 27,10±0,34	0,784±0,004* 0,708±0,006
24	63,86±0,91 87,46±0,80	7,87±0,10 6,59±0,06	8,21±0,07 14,36±0,21	26,01±0,36 18,02±0,22	34,44±0,57 27,18±0,32	0,791±0,006 0,711±0,006
45	64,96±0,96 87,49±0,77	8,22±0,08 6,75±0,04	8,28±0,06 14,48±0,19	26,24±0,57 18,23±0,44	34,47±0,53 27,16±0,35	0,798±0,007 0,720±0,008

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.

Об авторах

Виталий Николаевич Морозов

ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» Министерства высшего образования и науки РФ

Автор, ответственный за переписку.
Email: morozov_v@bsu.edu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1169-4285

канд. мед. наук, доцент, доцент кафедры анатомии и гистологии человека

Россия, Белгород

Список литературы

Дополнительные файлы