СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ АНТРАКОСИЛИКОЗА
METHOD FOR SIMULATING ANTHRACOSILICOSIS

Изобретение относится к экспериментальной биологии и медицине, а именно к возможности экспериментального изучения патогенеза профессиональных заболеваний, в частности - антракосиликоза.
Антракосиликоз является профессиональным заболеванием шахтеров, развивающимся в ответ на длительное вдыхание угольно-породной пыли с содержанием двуокиси кремния. В клинике антракосиликоз констатируется исключительно как патология органов дыхания и определяется в основном на стадии его рентгенологической манифестации. Изучение данной патологии на клиническом материале затруднительно, и потому побуждает многих авторов к применению экспериментальных моделей, приближенных к производственным условиям. Преимущество проведения опытов над животными заключается в том, что они позволяют моделировать необходимые состояния и прослеживать динамику патологических изменений в органах с момента начала негативного воздействия ксенобиотика.
Известен способ моделирования антракосиликоза путем затравки животных угольно-породной пылью угля марки газовожирный (Фоменко Д.В. Медико-биологическое исследование влияния угольной пыли как фактора интоксикации // Д.В. Фоменко, Е.В. Уланова, К.Г. Громов и др. // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. - 2009. - №1(65). - С.278-283). Угольно-породную пыль вводили крысам 5 раз в неделю внутрижелудочно зондом в виде 20%-ного раствора на растительном масле в дозе 100 мг/кг, что соответствует ее ежесменному поступлению в желудочно-кишечный тракт работающих.
Недостаток указанного способа заключается в форме введения угольно-породной пыли, который исключает ее естественный путь поступления через органы дыхания и непосредственное воздействие на них.
Известен способ моделирования антракосиликоза с использованием угля марки бурый (Болдырева Анна Валериевна. Влияние факторов открытой добычи угля разреза "Бородинский" на морфофизиологическое состояние животных [Текст]: автореферат дис. канд. биол. наук: 03.00.16: защищена 23.12.2009 / Болдырева Анна Валерьевна; Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2009. - 19 с.). Заключается в пероральном введении высоких концентраций частиц бурого угля (0,2 г / животное) - в течение 77 суток.
Недостатком указанного метода помимо способа затравки пылью также является ее высокая концентрация, в несколько раз превышающая значения ПДК (ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны»). Кроме того, бурый уголь не добывается в шахтах г. Новокузнецка.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ моделирования антракосиликоза путем ингаляционного запыления животных углем различных марок (Тогузбаева Карлыгаш Кабдешевна. Медико-биологические особенности развития и профилактики пневмокониоза, вызванного пылью углей различных марок [Текст]: (На примере Караганд. угольного бассейна) Автореферат диссертации… д-ра мед наук: 14.00.7 / Карлыгаш Кабдешевна Тогузбаева; Ин-т питания. - Алматы, 1996. - 34 с.). Способ заключается в затравке лабораторных животных в камере, в которую подается воздушно-пылевая смесь угля следующих марок: газовый, жирный, коксовый, отощенно-спекающийся, тощий, антрацит, и поддерживается определенная концентрация. Запыление животных проводится 5 раз в неделю по 4 часа в 2-х режимах:
3
1. Кратковременного, с концентрацией пыли 1000 мг/м в течение 1 месяца с дальнейшим наблюдением до 12 месяцев;
3
2. Длительного, с концентрацией пыли 300 мг/м; в течение 12 месяцев.
Однако данный метод также имеет ряд недостатков, заключающихся в длительных сроках затравки угольно-породной пылью, а также в ее высокой концентрации.
Задача изобретения состоит в том, чтобы создать модель антракосиликоза, наиболее приближенную к условиям работы в шахтах.
Поставленная задача достигается способом моделирования антракосиликоза путем ингаляционного воздействия на животных угольно-породной пыли 5 раз в неделю по 4 часа.
3
Используют уголь марки газовожирный в концентрации 50 мг/м с размером пылевых частиц 5 микрон. Для имитации заболевания антракосиликозом, соответствующим стажу работы до 3 лет, затравливание проводят 3 недели. Для имитации заболевания антракосиликозом, соответствующим стажу работы от 5 до 10 лет, затравливание проводят 6 недель. Для имитации заболевания антракосиликозом, соответствующим стажу работы свыше 10 лет, затравливание проводят 12 недель.
Новизна изобретения:
3
- Используют уголь марки газовожирный в концентрации 50 мг/м с размером пылевых частиц 5 микрон. Выбор угля марки газовожирный для моделирования антракосиликоза был обусловлен тем, что данная марка является основной добываемой на шахтах г. Новокузнецка и обладает высокой биотоксичностью, имеет самый высокий показатель выхода смолистых веществ этих углей - 14% и один из высоких выходов летучих веществ - 38%, по сравнению с другими марками, добываемыми в шахтах города (Фоменко Д.В. Медико-биологическое исследование влияния угольной пыли как фактора интоксикации // Д.В. Фоменко, Е.В. Уланова, К.Г. Громов и др. // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. - 2009. - №1(65). - С.278-283). Размер частиц угольно-породной пыли обусловлен тем, что в витающей пыли в шахтах, обрабатывающих газовые и жирные угли, содержание частиц размером до 5 микрон составляет 80% от общей массы, и частицы такого размера обладают наибольшей агрессивностью и попадают в глубокие разветвления бронхиального дерева (Норейко С.Б. Пневмокониозы / С.Б. Норейко, Е.В. Чинякина, И.В. Пеленова // Фельдшер и акушерка. - 1990. - №1. - С. 19-23).
- Для имитации заболевания антракосиликозом, соответствующим стажу работы до 3 лет, затравливание проводят 3 недели. Для имитации заболевания антракосиликозом, соответствующим стажу работы от 5 до 10 лет, затравливание проводят 6 недель. Для имитации заболевания антракосиликозом, соответствующим стажу работы свыше 10 лет, затравливание проводят 12 недель. Срок начала и продолжительности затравки определялись средней продолжительностью жизненного цикла лабораторной крысы, составляющей 36 месяцев, то есть 3 года, что соотносится с продолжительностью жизни человека (72 года) как 1:24. При такой экстраполяции 1 неделя жизни крысы соответствует в среднем 6 месяцам жизни человека.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в возможности создания модели антракосиликоза со сроками затравки, соответствующими определенному стажу работы шахтеров во вредных условиях, что подтверждено гистологически. Выбор сроков затравки обусловлен развитием на этих этапах общепатологических изменений, характерных для антракосиликоза.
Способ осуществляется следующим образом.
3
Объект моделирования - половозрелые белые лабораторные крысы-самцы массой тела 180-200 г. Исследования выполнены на трех группах животных (по 40 особей в каждой группе) с различными сроками ингаляционного воздействия угольно-породной пыли угля марки газовожирный в концентрации 50 мг/м, с размером пылевых частиц 5 микрон: 3, 6 и 12 недель. Каждой экспериментальной группе сопутствовала контрольная группа из 10 крыс. Всего n=150 особей.
Животных помещали в затравочную пылевую камеру и подвергали воздействию угольно-породной пыли по 4 часа в день 5 дней в неделю на протяжении 3, 6 и 12 недель.
Эвтаназию животных осуществляли путем декапитации.
Структурные изменения, развивающиеся от воздействия угольно-породной пыли, оценивали по результатам морфологического исследования легочной ткани, что и явилось критерием развития антракосиликоза.
С целью объективности ранней диагностики антракосиликоза мы сравнили морфологические данные, полученные при затравке угольно-породной пылью крыс с гистологическими исследованиями тканей шахтеров, погибших в техногенной катастрофе. В группу шахтеров включено 29 случаев судебно-медицинских экспертиз. Все погибшие проходили периодические медицинские осмотры по регламентам приказа №90 от 14 марта 1996 года «О порядке проведения предварительных и периодических медицинских осмотров работников и медицинских регламентах допуска к работе» и были признаны годными к работе. Продолжительность вредного стажа шахтеров - от полугода до 30 лет. Группа контроля была сформирована из 12 случаев судебно-медицинских экспертиз мужчин г. Новокузнецка, погибших при автодорожной катастрофе, находившихся в возрасте не старше 25 лет и не имевших по результатам вскрытий видимой органной патологии.
Динамика структурных изменений легочной ткани лабораторных животных и человека на различных сроках воздействия угольно-породной пыли представлена в таблице 1. Степень различий с контрольными группами крыс и шахтеров оценивалась полуколичественным методом по 4-балльной системе: 0 баллов - отсутствие изменений, 1 балл - минимальные, 2 балла - умеренно выраженные, 3 балла - выраженные изменения.
Полученные в ходе эксперимента данные показали корректность выбранной модели и ее адекватность некоторым звеньям патогенеза антракосиликоза у шахтеров.
Пример конкретного выполнения.
3
Группу экспериментальных животных (белых лабораторных крыс) N1 поместили в «патроны-домики» и установили в стенки пылевой затравочной камеры таким образом, чтобы внутри камеры находилась только морда животного. Камера снабжена отверстиями для подачи пыли, отсоса и отбора проб воздуха. Для равномерного распределения пыли в камере находится вентилятор с регулируемой скоростью вращения. Используемая марка угля - газовожирный, размеры частиц угольно-породной пыли 5 микрон. Средняя концентрация пыли в затравочной камере - 50 мг/м.
Затравку проводили по 4 часа в день 5 дней в неделю в течение 3, 6 и 12 недель. Животные контрольной группы содержались в стандартных условиях вивария со свободным доступом к воде и пище. По окончании 3, 6 и 12 недель животные из эксперимента выводились декапитацией с последующим забором кусочков легочной ткани.
Исследованию также подлежали легкие погибших в техногенной катастрофе шахтеров с различной продолжительностью вредного стажа и контрольной группы мужчин г.Новокузнецка, погибших при автодорожной катастрофе, находившихся в возрасте не старше 25 лет и не имевших по результатам вскрытий видимой органной патологии.
Методика гистологического исследования тканей легких экспериментальных животных была единой с таковой при исследовании гистологического материала клинических случаев.
В качестве фиксатора использовали 12% раствор формалина. После фиксации кусочки гистологического материала тщательно промывали, подвергали химической обработке тканей при помощи аппарата для гистологической проводки АТ 600 M. Из полученного материала на санном микротоме делали срезы толщиной 5-7 мкм, которые окрашивали гематоксилин-эозином и пикрофуксином по методу Ван Гизона. Полученные гистологические препараты изучали при помощи микроскопа Levenhuk C800 с цифровой видеокамерой Microscope Digital Camera (USA), степень различий с контрольными группами крыс и шахтеров оценивалась полуколичественным методом в баллах.
На основании полученных результатов сделано следующее заключение: 3 недели затравки соответствуют стажу работы в шахте до 3 лет, 6 недель затравки соответствуют стажу работы в шахте от 5 до 10 лет, 12 недель затравки соответствуют стажу работы в шахте свыше 10 лет.
Таким образом, разработанная модель антракосиликоза с определенными сроками затравки, соответствующими конкретному стажу работы в шахте, позволяет прослеживать ранние изменения при антракосиликозе, определять сроки и способы его профилактики и своевременной коррекции на начальных стадиях патологического процесса в эксперименте, и в последующем экстраполировать полученные результаты на человека (шахтера, имеющего определенный стаж работы во вредных условиях).
Таблица 1
Динамика структурных изменений легочной ткани экспериментальных животных (белых лабораторных крыс) и человека (шахтеров) на различных сроках воздействия угольно-породной пыли
Продолжительность воздействия УПП
Морфологические изменения тканей экспериментальных животных
Количество баллов
Стаж работы в условиях запыленной атмосферы
Морфологические изменения тканей погибших шахтеров
Количество баллов
3 недели
В легочной ткани - очаги дистелектазов
1
до 3 лет
В легочной ткани многие альвеолы в состоянии дистелектаза,
1
и эмфизематозно-расширенных альвеол.
1
часть эмфизематозно расширена.
1
В просвете альвеол, а также в межальвеолярных перегородках - скопления макрофагов и частиц угольной пыли с фагоцитозом последних.
1
В просвете альвеол и в межальвеолярных перегородках -
В паренхиме наблюдаются очаговые скопления макрофагальных и гистиоцитарных элементов, начальные стадии формирования клеточных гранулем.
фагоцитоз макрофагами частиц угольной пыли.
1
В просвете бронхов и сосудов - угольные частицы.
Типичных гранулем не выявлено.
Бронхиальный эпителий респираторного типа, незначительно уплощен в отдельных полях зрения за счет слабовыраженной лимфоцитарной инфильтрации стенки бронха. Мышечный слой представлен извитыми мышечными волокнами с незначительным утолщением.
1
В бронхах слизистая представлена призматическим эпителием респираторного типа.
0
В части бронхов встречаются начальные признаки утолщения отдельных гладкомышечных волокон.
1
В сосудах легких отмечается незначительное утолщение стенки за счет
1
В сосудах легочного типа резко выраженных изменений не обнаружено. Имеется морфологическая картина полнокровия и слабовыраженного эндотелиоза, что приводит к незначительному утолщению стенки сосудов.
1
Перибронхиально и периваскулярно - частицы угольной пыли.
1
Наблюдалось незначительное утолщение плевры, заключавшей мелкоочаговые
1
слабовыраженной гипертрофии гладкомышечного компонента и незначительного набухания эндотелиоцитов.
скопления пыли.
В периваскулярном и перибронхиальном пространствах - лимфоплазмоцитарные инфильтраты со скоплениями частиц угольной пыли.
1
Плевра немного утолщена, разволокнена с небольшим количеством лимфоидных элементов и угольных частиц.
1
Общее количество баллов
7
Общее количество баллов
7
6 недель
В ткани легких альвеолы различных размеров, встречается умеренное количество зон ателектазов и дистелектазов.
2
5-10 лет
В легочной ткани - зоны ателектазов и дистелектазов.
2
В просвете альвеол и межальвеолярных перегородках - значительные скопления угольной пыли и макрофагов.
2
В просветах большинства альвеол и межальвеолярных перегородках - макрофаги, скопления угольной пыли в виде крупных и средних конгломератов с признаками формирования клеточных гранулем.
2
Утолщение межальвеолярных прегородок.
2
Утолщение межальвеолярных перегородок.
2
Отсутствие гранулем. Умеренно выраженная коллагенизация межальвеолярных перегородок.
В бронхах - развитие начинающейся субатрофии эпителия,
2
Слизистая бронхов уплощена.
2
Базальная мембрана утолщена, извилиста.
2
утолщение базальной мембраны
2
и собственной пластинки, гладкомышечного компонента. В стенке бронхов не выявлено нейтрофильной, макро- и кониофагальной инфильтрации, отложений частиц пыли.
2
В подэпителиальных зонах - лимфоцитарная инфильтрация. Мышечные волокна несколько утолщены, фрагментированы.
2
В перибронхиальных зонах -
Отмечался начинающийся перибронхиальный
скопления лимфоплазмоцитарных элементов и единичных коллагеновых волокон.
1
склероз со скоплениями угольной пыли.
1
В легочных сосудах - гипертрофия гладкомышечного компонента,
2
эндотелий несколько утолщен,
1
Стенки сосудов утолщены за счет гипертрофии гладкомышечного компонента и клеток эндотелия.
2
отмечался периваскулярный фиброз.
2
В периваскулярных зонах - скопления
1
лимфоплазмоцитарных элементов и единичных коллагеновых волокон.
2
В стенке артерий в зоне периартериального склероза и за ним - отложения частиц пыли и кониофагов.
Значительное утолщение плевры с массивными пылевыми отложениями.
2
Плевра утолщена, инфильтрирована небольшим количеством лимфоидных элементов и частицами угольной пыли.
2
Общее количество баллов
20
Общее количество баллов
20
12 недель
В легочной ткани - уменьшение респираторной поверхности, очаги ателектазов и дистелектазов, межальвеолярные перегородки утолщены
3
более 10 лет
В легочной ткани большинство альвеол в состоянии дис- и ателектаза,
3
за счет пролиферативной активности лимфогистиоцитарных элементов, а также скопления угольных частиц.
3
межальвеолярные перегородки значительно утолщены за счет фиброза и скоплений частиц угольной пыли.
3
В просвете альвеол также наблюдаются скопления кониофагов. Формирование мелких и средних гранулем.
2
Слизистая бронхов субатрофического и атрофического типа,
3
В просвете сохраненных, дис - и ателектазных зон - наличие кониофагов.
2
базальная мембрана и собственная пластинка утолщена,
3
В бронхах - субатрофия эпителия различной степени выраженности, утолщение базальной мембраны и
3
собственной пластинки,
3
гладкомышечных элементов.
3
Внутримышечный склероз и склероз собственной пластинки.
2
местами не прослеживается, мышечные
3
волокна гипертрофированы,
Развитие выраженного перибронхиального склероза. Перибронхиальный склероз включал отложения пылевых частиц и кониофагов.
3
фрагментированы, с явлениями фиброза.
2
Кроме того, в перибронхиальных зонах - выраженные фибропластические изменения. Толщина фиброза сопоставима с толщиной стенки бронха.
3
В сосудах - резко выраженная гипертрофия гладкомышечного компонента,
3
Сосуды резко утолщены за счет гипертрофии гладкомышечного компонента
3
эндотелий утолщен, клетки его набухшие,
3
муфтообразный периваскулярный фиброз. В отдельных полях зрения зоны склероза формировали крупные участки с вовлечением сосудов и бронхов.
3
и эндотелиоза,
3
выраженный периваскулярный склероз.
3
Плевра утолщена,
3
частично разволокнена, субплеврально отмечаются лимфоцитарная инфильтрация и отложения значительного количества частиц угольной пыли.
3
Плевра утолщена,
3
со значительными пылевыми отложениями и значительным количеством кониофагов.
3
Общее количество баллов
31
Общее количество баллов
31