Структурная организация почек при воздействии природного цеолита

Введение

Природные цеолиты - цеолитовые минералы, кристаллическая решетка которых построена из кремне (8Ю2-) - и алюмо(А103-)-кислородных тетраэдров, образующих пористую структуру. Гидрофильные катионы Са2+, №+, М&+, К+ и др. нейтрализуют избыток отрицательного заряда и обеспечивают реакции ионного обмена. Цеолиты являются эффективными адсорбентами аммиака, диоксида серы и углерода, ртути и тяжелых металлов [5]. Эти свойства, по-видимому, сохраняются в физико-химических условиях желудочно-кишечного тракта. Ранее нами показано, что применение цеолитов при почечной недостаточности увеличивает выживаемость и сдерживает деструкцию внутренних органов [3]. Деаммонирование энтеральной среды может быть использовано и при фтористой интоксикации, в связи с тем что здесь создаются условиях для накопления аммиака [4]. В данной статье представлены результаты морфологического исследования почек лабораторных крыс, подвергнутых воздействию природного цеолита в условиях физиологической нормы. Интерес к этому понятен: почки являются центральным органом, регулирующим обмен электролитов, в который цеолиты весьма активно вмешиваются.

Материал и методы

Эксперимент выполнен на половозрелых самцах крыс линии Вистар. Крыс 1-й группы (контрольной) содержали на стандартном рационе. Крысам 2-й группы добавляли в корм цеолитизированный туф Холинского месторождения в виде прокаленного порошка тониной помола 0,1 мм в дозе 0,5-0,7% от влажной массы рациона. Продолжительность эксперимента от 1 до 3 месяцев. Использование цеолита Холинского месторождения обусловлено, тем, что это наиболее подходящий вид минерала по своим физико-химическим свойствам и биологической активности [1]. Из эксперимента крыс выводили в состоянии поверхностного эфирного наркоза путем декапитации. Для световой микроскопии готовили гистологические срезы толщиной до 5 мкм, которые окрашивали гематоксилин-эозином, а также по Ван Гизону. Для электронно-микроскопического исследования почки рассекали на корковое и мозговое вещество и отдельно сосочек. Из каждого фрагмента вырезали блоки объемом до 1 мм3, фиксировали в 4% глутаральдегиде, 1% осмиевой кислоте и заливали в аралдит. Ультратонкие срезы изучали в электронном микроскопе ХЕМ-1008Х Морфологические изменения оценивали гистостереометрически. Достоверность межгрупповых различий оценивали по ^критерию Стьюдента.

Результаты

У крыс, содержавшихся на цеолитовом рационе, базальная мембрана сосудистых клубочков утолщена. Эндотелиальная выстилка гломерулярных капилляров истончена. Увеличилась доля сквозных пор. Диаметр эндотелиальных пор не изменен. Относительный объем подоцитов уменьшился. Педикулы имеют локальные утолщения, отдельные ножки приняли спиралеобразную форму. Одной из причин коллабирования фильтрационного лабиринта может быть падение скорости клубочковой фильтрации в связи со спазмом гломерулярных капилляров. Этому явно способствует и контракция самих подоцитов, обусловленная гиперплазией тонофибрилл. Функциональные последствия изменения структуры педикул очевидны: снижается их роль в качестве демпфера, сглаживающего удары пульсовой волны. Диаметр педикулярных пор не изменен. Увеличилось число подоцитов, ставших на путь апоптоза. Морфологически такие клетки имеют характерный вид: ядра сморщены, перинуклеарное пространство не определяется, хроматин конденсирован, цитоплазма уплотнена и содержит вакуоли. О напряженном функционировании подоцитов свидетельствует появление в цитоплазме миелиноподобных частиц. Количество мезангиоцитов увеличено. Морфологически гиперплазия мезан-гиоцитов хорошо верифицируется: клетки расположены беспорядочно, нередко деформируют просвет прилежащей петли капилляра. В цитоплазме мезангиоцитов выявляются фагированные частицы базальной мембраны и увеличено количество тонофиламентов. Фагоцитарная активность мезангиальных клеток имеет адаптивное значение, так как удаляется избыток мезангиального матрикса. Не менее важной особенностью мезангиальных клеток является интенсивный апоптоз. Электронно-микроскопические признаки апоптоза мезангиоцитов такие же, как и других клеток, с той лишь разницей, что в интерстиции клубочков накапливаются остаточные тельца.

Относительный объем проксимальных канальцев сохраняется в пределах нормы, но расширен просвет. Базальная мембрана проксимальных канальцев утолщена. В цитоплазме эпителиоцитов выявляются гигантские вакуоли и повышенно количество лизосом. Основная часть лизосом диффузно рассеяна по цитоплазме эпителиоцитов, но они нередко концентрируются в полостях резорбтивных вакуолей и в просвете канальцев. Значительная часть митохондрий располагается не только в складках базального лабиринта, но и за его пределами в виде компактных скоплений полиморфных форм. Отдельные митохондриальные комплексы инфильтрированы лизосомами, обломки митохондрий выявляются в крупных аутофагосомах. Указанные реактивные изменения в эпителиоцитах могут иметь адаптивное значение, например, при фтористой интоксикации в связи с повреждением мембранных АТФ-аз [7].

Относительный объем гломерулярных клубочков меньше, чем у крыс контрольной группы. Одновременно в клетках юкстагломерулярного комплекса регистрируется увеличение количества гранул. Такое соотношение количественно-морфологических показателей свидетельствует об активации механизма тубулогломерулярной петли

обратной связи и, как следствие, спазм гломерулярных капилляров с неизбежным снижением скорости клубочковой фильтрации.

У крыс, содержавшихся на рационе с добавлением цеолита, показатель удельного объема дистальных канальцев снижен. Базальная мембрана дистальных канальцев утолщена. Высота эпителиоцитов больше, чем в контроле. Относительный объем ядер меньше, чем у крыс контрольной группы. Именно этим мы объясняем интенсивный апотоз и некроз эпителиоцитов дистальных канальцев. При этом некроз нередко распространяется на базальную мембрану и межклеточные контакты. В результате образуются канальцево-интерстициальные рефлюксы, в зоне которых находятся апоптотические тельца, вторичные лизосомы, обломки коагулированной цитоплазмы, миелиноподобные частицы. Значительная часть эпителиоцитов находится в состоянии интенсивной вакуолизации, а в цитоплазме выявляются крупные аутофагосомы. Указанные морфологические изменения в эпите-лиоцитах дистальных канальцев характерны для состояния гиперфункции, возможно, вызванной гиперальдосте-ронемией. Механизм этого воздействия цеолита неизвестен. Но, как мы полагаем, это может быть обусловлено нарастанием гидрофильности тканей в связи с повышенным гидроксилированием плазмы крови, вызванным ощелачивающим воздействием цеолита [2]. В такой ситуации увеличивается расход натрия и, соответственно, активируется механизмы альдостерон-зависимой реабсорбции. Изменения в петлях Генле аналогичные таковым в дистальных канальцах. Прежде всего регистрируется утолщение базальной мембраны. В цитоплазме появляются крупные аутофагосомы и вакуоли. Основным видом деструкции петлевых эпителиоцитов являются апоптоз и парциальный некроз с образованием интерстициально-петлевых рефлюксов.

Показатели относительного объема собирательных трубочек и просвета меньше, чем в норме. При этом диаметр трубочек сохраняется в пределах контрольных значений. Однако среднее количество ядер, содержащихся в эпителиоцитах собирательной трубочки, больше, чем в контроле. Базальная мембрана собирательных трубочек имеет тенденцию к истончению. Соотношение указанных морфометрических параметров свидетельствует о том, что значительная часть собирательных трубочек находится в состоянии коллапса. В то же время функционирующие трубочки подвергаются эктазии.

По данным электронно-микроскопического исследования, собирательные трубочки весьма активно реагируют на природный цеолит. Прежде всего это проявляется в виде интенсивной вакуолизации тубулярных эпителиоцитов обоих видов - темных и светлых клеток. Межклеточные контакты в собирательных трубочках, как и в норме, представлены интердигитациями и простыми соединениями, которые скреплены десмосомами. Однако у крыс цеолитовой группы показатели удельной площади поверхности и удельной длины интердигитаций практически в два раза меньше, чем в контроле. Это означает, что структура интердигитаций изменена в сторону упрощения и они склонны трансформироваться в простые межклеточные контакты. Возможно, эти девиации обусловлены внутриклеточным отеком. Учитывая тенденцию к упрощению интердигитаций, мы расцениваем изменения в аппарате десмосом как компенсаторную реакцию, направленную на укрепление межклеточных контактов.

Фундаментальным итогом уплотнения межэпителиальных контактов является уменьшение интенсивности транстубулярной миграции воды в обоих направлениях - из просвета трубочек в интерстиций и обратно. Это означает, что вода может задерживаться во всех трех компартментах - в просвете трубочек, в цитоплазме эпителиоцитов, в интерстиций почечных сосочков. Именно этим мы объясняем расширение просвета собирательных трубочек, а также повышенную вакуолизацию эпителиоцитов. Высота светлых клеток не изменена. Длина цитоплазматических выростов темных клеток сохраняется в пределах контрольных значений. Регистрируется тенденция к уменьшению высоты темных клеток. Эпителиоциты собирательных трубочек подвержены апоптозу. При этом интенсивность апоптоза явно выше в темных клетках. Как известно, эти клетки ответственны за секрецию катионов водорода. В связи с этим повышенный апоптоз темных клеток мы расцениваем как компенсаторный механизм, направленный на элиминацию клеточных систем, которые в условиях дефицита протонов должны снизить свою активность.

Прямые сосуды находятся в состоянии коллапса. Базальная мембрана, эндотелий в безъядерной зоне и в порообразующих участках прямых сосудов достоверно утолщены. В цитоплазме имеются крупные вакуоли и аутофагосомы. Кроме того, регистрируется отложение электронплотных частиц, сходных с внутриклеточными кальцификатами. Наиболее часто этот эффект наблюдаются в эндотелиоцитах гломерулярных и перитубулярных капилляров, включая и сосуды системы vasa recta.

Одним из важных структурных эффектов воздействия природного цеолита являются изменения в количестве и в состоянии интерстициальных клеток. У крыс цеолитовой группы количество интерстициальных клеток в почечных сосочках существенно больше, чем в контроле. Интерстициальные клетки укоротились, и они теряют цитоплазматические отростки. Количество гранул, содержащихся в цитоплазме интерстициальных клеток, меньше чем в контроле. Но у крыс цеолитовой группы гранулы более крупные. В интерстициальных клетках размер аутофагосом и вакуолей вторичных лизосом практически в два раза больше, чем у крыс контрольной группы.

Остается неизвестным, что же активирует реномедуллярные интерстициальные клетки у крыс, содержавшихся на цеолитовой рационе. Напомним, что в эпителиоцитах собирательных трубочек регистрируются гиперплазия

ядер и истончение базальной мембраны. Кроме того, в клетках обоих пулов (светлых и темных) имеются морфологические признаки усиления активности аппарата Гольджи и гранулярного эндоплазматического ретикулума. Если в норме цистерны аппарата Гольджи расположены чаще в околоядерном пространстве, то у крыс цеолитовой группы они диффузно рассеяны по цитоплазме тубулярных эпителиоцитов и нередко накапливаются вблизи интердигитирующих контактов. Учитывая эти структурные особенности, мы полагаем, что у крыс цеолитовой группы собирательные трубочки испытывают стимулирующее воздействие вазопрессина. При этом концентрация гормона в крови может находиться и на субнормальном уровне. Но этого может оказаться вполне достаточным для включения механизма, который регулирует направленность потоков воды в почечном сосочке с участием вазопрессина и реномедуллярного простагландина.

Как известно, этот механизм работает по принципу обратной отрицательной связи: при увеличении концентрации вазопрессина активируется синтез простагландинов (главным образом ПГЕ2), которые ингибируют мембранную аденилатциклазу, снимая тем самым антидиуретический эффект вазопрессина. В результате уменьшается реабсорбция воды. Т аким образом, на локальном уровне простагландины действуют как антагонисты вазопрессина, направляя потоки воды из интерстиция обратно в просвет собирательных трубочек. В такой ситуации становится понятным, что увеличение количества интерстициальных клеток отражает стремление почек вывести избыток воды. Не ясно, насколько эта система разбалансирована в условиях длительного воздействия цеолита. Однако обращает на себя внимание достаточно высокий уровень апоптотической активности интерстициальных клеток у крыс, содержавшихся на рационе с добавлением цеолита. Это делает возможным выдвинуть предположение о том, что при длительном применении цеолита в почках развивается дефицит реномедуллярных интерстициальных клеток, в результате чего транспорт воды смещается во внутреннюю среду.

В целом механизм воздействия цеолита на структуру почек остается во многом не известным. Но, по нашему мнению, ключевым является ощелачивание плазмы крови, свойственное цеолитам (в связи с ионообменным поглощением протонов) и наблюдаемое в нашем эксперименте. Недостаток катионов водорода может усилить процессы апоптоза темных клеток в собирательных трубочках. Избыточное количество кальция, как мы полагаем, ингибирует активность канальцевых АТФ-аз и провоцирует дефицит энергии с неизбежным снижением интенсивности реабсорбции осмоактивных электролитов. Этим мы объясняем активацию аппарата macula densa, осложняющуюся спазмом гломерулярных капилляров. Нельзя забывать и то, что кальций является индуктором апоптоза, системным проявлением которого является интенсивный апоптоз канальцевых эпителиоцитов, интерстициальных и мезангиальных клеток.

Заключение

При длительном использовании природные цеолиты вызывают комплекс структурных сдвигов в паренхиматозном и стромальном компартментах почек. Это позволяет признать данные изменения системными и токсикологически значимыми. Таким образом, применение природных кленоптилолитов в качестве пищевой добавки, предназначенной для длительного использования без контроля врача, нецелесообразно.