Морфо-функциональная характеристика кортикальных и околомозговых нефронов почки при реакции на экспериментальный стресс

УДК 616

© 2013 В.Д. Тупикин, Е.Б. Родзаевская

МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОРТИКАЛЬНЫХ И ОКОЛОМОЗГОВЫХ НЕФРОНОВ ПОЧКИ ПРИ РЕАКЦИИ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТРЕСС

В предлагаемой статье анализируются оригинальные данные гистохимических, энзимохимических исследований, микроморфометрии дифференцированной реакции кортикальных и юкстамедуллярных нефронов почки при стрессе. Обсуждается возможный механизм избирательного повреждения клубочков и других компонентов корковых и околомозговых нефронов.

Ключевые слова: почка, стресс, морфология корковых и юкстамедуллярных нефронов.

Известно, что первичной эффекторной мишенью стресса являются надпочечники, и в ряде наших работ была продемонстрирована тесная положительная корреляция между важнейшими морфометрическими параметрами почки и надпочечников при моделировании иммобилизаци-онного стресса у белых крыс (Полина Ю.В. с соавт., 2007, Тупикин В.Д. с соавт., 2010). Это служит доказательством того, что почки и надпочечники представляют собой единую функциональную систему, чутко и координировано реагирующую на стресс. Между тем, детальные реактивные изменения отдельных компонентов коркового и мозгового вещества почечной паренхимы при психо-эмоциональном стрессе с болевым компонентом, к которому относится длительная насильственная иммобилизация (в наших опытах применялась 3-х часовая иммобилизация на спине в течение 5 дней), в специальной литературе отсутствуют.

Целью работы было установить гистофункциональные особенности стресс-индуцированных реакций паренхиматозных и стромальных элементов коркового и мозгового вещества почки в экспериментах на 25 самцах белых крыс, массой 160-175 г. Применялись общегистологические и гистохимические методы, исследовалась активность ферментов -щелочной фосфатазы и миелопероксидазы в клетках канальцевого эпителия кортикальных и околомозговых нефронов, проведен статистический анализ важнейших микроморфометри-ческих показателей (табл. 2, 3) паренхиматозных структур. Было установлено, что почка является органом, весьма динамично и реактивно трансформирующимся при стрессе.

Результаты и их обсуждение. Прежде всего, обнаружено достоверное увеличение массы органа, освобожденного от околопочечной жировой ткани, при стрессе относительно группы сравнения (табл. 1). Микроскопически почка животных группы сравнения выглядела следующим образом: орган, состоящий из одной доли, покрыт тонкой соединительнотканной капсулой. Соотношение длин коркового и мозгового вещества у взрослой особи на аксиальном срезе почки составляет 1:1. Корковое вещество, в обзорных видах окраски имеющее более темный цвет, представлено паренхимой - почечными тельцами корковых нефронов, их проксимальными и дистальными извитыми канальцами, участками прямых и тонких канальцев, а также радиально располагающимися пучками собирательных трубочек, (образующих «мозговые лучи», собирающих ультра-фильтрат от верхнекортикальных и под-капсульных нефронов). Строма коркового вещества представлена капиллярами перитубу-лярной системы и кортикальными сосудами: междольковыми и внутридольковыми артерия-

23

ми, междольковыми и звездчатыми венами, лимфатическими сосудами, а также небольшим количеством рыхлой, неоформленной, соединительной тканью - специфическим интерсти-цием коркового вещества.

Таблица 1

Масса почки

Группа подопытных животных M±m,

Группа сравнения (контроль, 10 экз.) Группа крыс, при стрессе (15 экз.) 869±18,5 1120±19,7*

Примечание: здесь и в табл 2-3: * - р<0,05.

Ретикулярные волокна стромы по ходу базальных мембран почечных телец, канальцев и капилляров, определяемые в окраске водным раствором азотнокислого серебра по Футу, располагались равномерно, без признаков неравномерного усиления рисунка или дезорганизации. При окраске кармином в клетках капсулы клубочка и в канальцевом эпителии выявлялись углеводы. В окраске на РНК пиронином G по Браше в ядрышках нефроцитов и в их цитоплазме выявлялись рибонуклеопротеиды, что свидетельствует об активной ядерной транскрипции и синтезе белка в цитоплазме клеток выстилающего эпителия.

Условия иммобилизационного стресса изменяли практически все морфометрические и функциональные показатели паренхимы почки, как в зоне коркового, так и мозгового вещества (табл. 2, 3). В целом, в структуре паренхиматозных элементов почки и для корковых нефронов (КН), и для юкстамедуллярных (ЮМН) наблюдалась преимущественная гипертрофия почечных телец и капиллярных клубочков, значительное (в несколько раз) увеличение площади просвета капсулы Боумена-Шумлянского, расширение всех видов канальцев (наиболее заметное в дистальном сегменте), в канальцевом эпителии всех отделов обоих видов нефронов наблюдались признаки капельной дистрофии и вакуолизация цитоплазмы от умеренной до значительно выраженной.

Таблица 2

Морфометрические параметры структур корковых нефронов почки при стрессе, M±m

Морфометрические параметры Группа сравнения Группа «стресс»

Площадь почечных телец, S1,мкм кв 6593,2±85,6 8451,4+-326*

Площадь просвета Боуменовой капсулы, $2,мкм кв 39,5±2 339,4+-21*

Площадь клубочка почечного тельца корковых нефронов, S3, мкм кв 6547,1±40,4 7648,6+-326,8*

Наружный диаметр проксимального канальца, d1, мкм 41,9±0,8 48,4+-1,4*

Высота нефроцитов проксимального канальца, Ы, мкм 11,3±0,3 11,5+-0,4

Наружный диаметр дистального канальца, d2, мкм 30±0,8 40,5+-0,6*

Высота нефроцитов дистального канальца, h2, мкм 8,8±0,3 7,6+-0,2*

Наружный диаметр просвета тонкого канальца, d3, мкм 9,4±0,3 11,6+-0,7*

Наружный диаметр собирательной трубочки мозгового луча, d4, мкм 32,8±0,4 40,2+-0,9*

Таблица 3

Морфометрические параметры структур юкстамедуллярных нефронов почки при стрессе, M±m

Морфометрические параметры Группа сравнения Группа «стресс»

Площадь почечных телец, 81,мкм Кв 6678,8±51,7 9472,4±349,8*

Площадь просвета Боуменовой капсулы, 82,мкмкв 45,3±1,9 862,3±128*

Площадь клубочка почечного тельца корковых нефронов, 83, мкм кв 6682,7±32,1 7397,3±663,2*

Наружный диаметр проксимального канальца, мкм 41,7±0,9 50,8±1,4*

Высота нефроцитов проксимального канальца, Ы, мкм 11,3±0,3 12,7±0,6*

Наружный диаметр дистального канальца, d2, мкм 28,5±0,8 47,8±1,4*

Высота нефроцитов дистального канальца, Ь2, мкм 9±0,3 5,9±0,4*

Наружный диаметр просвета тонкого канальца, d3, мкм 10,3±0,3 11,7±0,7*

Наружный диаметр собирательной трубочки в области кортико-медуллярной границы, d4, мкм 35,6±0,6 44±1,4*

Морфометрические параметры как кортикальных, так и юкстамедуллярных нефронов существенно отличались от группы сравнения и характеризовалось высокой вариабельностью. Большинство из них было резко гипертрофировано за счет выраженного полнокровия клубочков почечных телец и интерстиции коркового вещества. Очевидно, нарушением процесса фильтрации в почечных тельцах корковых нефронов и полнокровием мозгового вещества объясняется достоверное увеличение массы органа при стрессе. Помимо полнокровия, наблюдалось резкое нарушение кровообращения в виде кровоизлияний в различных зонах: в полость почечного тельца, в перитубулярной системе сосудов, в области прямых сосудов мозгового вещества. Структура стенки крупных почечных сосудов находилась в состоянии дезорганизации, имела признаки гамма-метахромазии основного вещества и была утолщена за счет плазматического пропитывания. Однако наряду с гипертрофированными нефронами имелись случаи атрофических изменений: в структуре некоторых почечных телец часто наблюдалось спадение, коллабирование клеток внутреннего листка капсулы и капилляров клубочка, сопровождающиеся резким увеличением Боуменова пространства, что можно диагностировать как экссудативную гломерулопатию. Очевидно, что глубокая ишемия клубочко-вых гемокапилляров, как следствие декомпенсации клубочковой функции, свидетельствует о выключении данного нефрона из процесса фильтрации. Необходимо отметить, что вариативность морфометрических показателей была сильнее выражена у юкстамедуллярных неф-ронов, чем у корковых. Объяснить этот факт с биологических позиций можно, учитывая функцию околомозговых нефронов, которые выполняют роль шунтирования крови, и перераспределение кровотока при стрессе отражается на их структурно-функциональном состоянии в наибольшей степени. Просвет канальцев обоих видов нефронов был расширен, это касалось, прежде всего, дистального сегмента канальцевой системы как у кортикальных, так и у околомозговых нефронов. Известно, что дистальный отдел канальцев нефрона наиболее чувствителен к нарушению обеспечения кислородом. Поскольку одним из ведущих метаболических проявлений стресса является дефицит энергии и гипоксия, то в таком случае наибольшая степень повреждения именно дистального отдела становится понятной (Серов В.В., 1993). Выстилающий эпителий имел признаки не только зернистой белковой дистрофии, вакуольной дистрофии, но и зонально выраженного колликвационного некроза. Подвергшиеся

некрозу и цитолизу клетки были частично десквамированы в просвет канальцев. Ядра деск-вамированных нефроцитов находились в состоянии пикноза и рексиса. Дистальные канальца околомозговых нефронов, имеющие наиболее выраженные признаки структурно-функциональных нарушений, иногда имели вид полых трубок без выстилающего эпителия. В окраске кармином наблюдалось исчезновение запасов гликогена в цитоплазме нефроцитов. В окраске на нуклеиновые кислоты (РНК) по Браше наблюдалось исчезновение ядрышек в ядре и пиронинофильного материала в цитоплазме нефроцитов. В окраске по Футу на ретикулярные волокна в структуре вокругканальцевой интерстициальной ткани и по ходу ба-зальных мембран отмечена неравномерность рисунка, дезорганизация. Активность щелочной фосфатазы в области щеточной каемки апикальной зоны нефроцитов проксимальных канальцев была резко снижена. Активность миелопероксидазы, напротив, при стрессе возрастала и отчетливо определялась в клетках эпителия не только проксимального, но и дис-тального отдела канальцев, что отражает усиление процессов эндогенной детоксикации к клетке при стрессе.

Наблюдались реактивные изменения почечных телец при стрессе. Руководствуясь мор-фометрическими критериями и комплексом гистофункциональных изменений, мы считаем целесообразным представить таблицу 4, в которой даны границы измененных морфометри-ческих показателей почечных телец корковых и юкстамедуллярных нефронов, и параллельно - функциональное значение этих изменений. По нашему мнению, представление результатов в таком виде может облегчить правильную диагностику состояния почечной паренхимы на каждом этапе эксперимента и дать объяснение морфологических данных с физиологических позиций.

Таблица 4

Морфометрические и функциональные характеристики почечных телец кортикальных и юкстамедуллярных нефронов при стрессе

Вид нефрона Морфометрические параметры почечного тельца, мкм кв Морфологическое заключение Функциональное состояние Доля от общего количества

КН S1: 9200 - 6500 S2 : 200 - 50 S3 : 6790 - 8700 Гипертрофия почечного тельца, гиперемия его капилляров, с возможным формированием дольчатого клубочка, отек капсулы Гиперфункция с нарушением компонентов почечного фильтра, с явлениями экссудативной гломеруло-патии 69%

S1 : 6800 - 6340 S2 : 28-50 S3 : 6380 - 6790 В пределах значений на уровне группы сравнения Нормальная функция на этапе фильтрации 13%

S1 : 7040 - 5200 S2 : 50 - 2350 S3 : 5150 - 3850 При резком увеличении объема полости капсулы, и размеров почечного тельца наблюдается кол-лабирование клубочка с возможным формированием дольчатости, дистрофия клеток висцерального листка почечного тельца Гипофункция, вплоть до атрофии, т.е. фильтрация не происходит, в исходе -выключение нефрона из процесса мочеобразования 18%

ЮМН 81:6800 - 11000 82:400 - 1940 83:6700 - 10400 Резкое увеличение размеров почечного тельца, объема мочевого пространства, гиперемия клу-бочковых гемокапилляров Гиперфункция шунтирующей способности околомозгового нефрона, экс-судативная гломерулопа-тия, полнокровие гемока-пилляров клубочка 76%

81:6400 - 6800 82: 34 - 55 83:6390 - 6700 Нормофункция для этой категории нефронов Адекватный объем шунтирования крови в условиях стресса 8%

81: 6800 - 9700 82:400 - 1940 83:3800 - 5300 При наличии увеличенных параметров площади почечного тельца и резко расширенного пространства капсулы клубочки дистрофически, атрофиче-ски изменены, капилляры спавшиеся Гипофункция шунтирующих нефронов вплоть до их атрофии 14%

Данные таблицы доказательно свидетельствуют, что наиболее информативным критерием оценки гистофункционального состояния КН и ЮМН является морфология и морфомет-рические характеристики именно почечного тельца, как в случае гипофункции нефрона (что сопровождается коллабированием капилляров и дистрофическими изменениями клеток висцерального отдела почечного тельца), так и при его гиперфункции (морфологически проявляющейся гиперемией капилляров, гипертрофией и гиперплазией всех элементов клубочка) чрезвычайно широка вариабельность показателя площади почечного тельца и площади мочевого пространства (при всех вариантах изменения нефронов они в подавляющем большинстве случаев превышают контрольный уровень). Руководящим соображением в выборе параметра было то обстоятельство, что клубочковому аппарату принадлежит инициирующая и важнейшая роль в процессе мочеобразования; изменения клубочков были наиболее многообразны и не всегда однонаправлены. Лабильность и амплитуда реактивных изменений мор-фометрических параметров клубочков почечных телец, установленная в ходе данного этапа эксперимента, предполагают отдельные исследования стрессогенных эффектов в клубочко-вом аппарате нефрона. Структурный полиморфизм нефронов является отражением активного компенсаторно-приспособительного процесса, в результате чего происходит замещение функции дистрофически измененных почечных телец нефронов за счет интенсификации функциональной отдачи элементов, относительно сохранных на данном этапе в структурном отношении.

Заключение. Морфофункциональное исследование почки при применении 3-х часового 5-дневного курса иммобилизационного стресса позволило достоверно установить высокую чувствительность органа к данному фактору. Очевидно, что в процесс компенсаторно-приспособительной перестройки вовлекаются все отделы и компоненты нефронов и сосудистая система, и прежде всего микроциркуляторное русло, а также другие сосуды. Установлена широкая вариабельность структурно-функциональной перестройки паренхимы коркового вещества и элементов кортико-медуллярной зоны при стрессе. Найденные морфометриче-ские и гистохимические характеристики могут иметь прогностическое и диагностическое значение. Тот факт, что юкстамедуллярные нефроны оказались чрезвычайно чувствительны

к условиям иммобилизационного стресса, указывает на их активнейшую роль в процессе адаптации органа к стрессу. Коллабирование почечных телец, кровоизлияния в полость капсулы почечного тельца свидетельствуют о выключении части нефронов из процесса мочеоб-разования (как корковых, так и юкстамедуллярных), что снижает ресурс адаптации почки к неблагоприятным воздействиям в дальнейшем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полина Ю.В. Избирательное действие различных частотных режимов ЭМИ на гистофункциональную картину и гормональную активность почек и надпочечников при стрессе // Ю.В. Полина [и др.] // Естественные науки. - 2007. - № 4. - С. 43-47.

2. Серов В.В. Функциональная морфология почек // Клиническая нефрология / Под ред. Е.М. Тареевой. - М.: Медицина, 1993. - Т.1. - С. 9-33.

3. Тупикин В. Д. Эффекты низкоинтенсивного электромагнитного излучения в структуре почек и надпочечников изолированно и при стрессе / В.Д. Тупикин [и др.]// Астраханский медицинский журнал. - 2010. - № 1. -С. 282-285.