Морфофункціональні особливості будови підшлункової залози за умов зневоднення організму (анатомо-експериментальне дослідження)

Abstract

Дисертація присвячена вивченню структурних особливостей паренхіми підшлункової залози на макро-, мікро- і ультраструктурному рівнях за умов дії загального, клітинного і позаклітинного зневоднення різних ступенів тяжкості, вивчення ефективності корекції виявлених структурних змін підшлункової залози морфолінієвою сіллю тіазотної кислоти. Для визначення структурних змін підшлункової залози за умов дегідратаційних порушень водно-сольового обміну був проведений експеримент на 160 білих статевозрілих щурах-самцях віком від 6 до 12 місяців і вагою 200 ± 20 гр, які перебували в стаціонарних умовах віварію. Всі тварини були розподілені на серії та у подальшому на групи. Серія І (30 щурів) – моделювання загальної дегідратації шляхом утримання тварин на безводній дієті [92, 129, 139]. Серія ІІ (30 щурів) – моделювання внутрішньоклітинної дегідратації шляхом випоювання тварин 1,2 % розчином хлориду натрію (в якості їжі отримували гранульований комбікорм). Серія ІІІ (30 щурів) – моделювання позаклітинної дегідратації шляхом випоювання тварин бідистильованною водою та внутрішноочеревинного введення діуретика (фуросемід), який відноситься до високоактивних діуретинів, а в якості харчового раціону використовували маломінералізовану виварену їжу. Серія ІV (10 щурів) або контрольна – інтактні тварини, які перебували впродовж усього терміну експерименту на звичайному харчовому і питному раціонах. Серія V (30 щурів) – тварини цієї групи були розподілені на три групи (по 10 щурів в кожній) залежно від виду зневоднення, їм моделювався тяжкий ступінь різних видів дегідратації (загальної, внутрішньоклітинної та позаклітинної на 10, 30 та 90 добу, відповідно) після чого тварин було переведено на два тижні на звичайний харчовий раціон та забезпечено вільний доступ до питної води. Серія VІ (30 щурів) – тварини цієї групи були розподілені на три групи (по 10 щурів в кожній) залежно від виду зневоднення, їм моделювався тяжкий ступінь різних видів дегідратації (загальної, внутрішньоклітинної та позаклітинної на 10, 30 та 90 добу, відповідно) після чого тварин було переведено на два тижні на звичайний харчовий раціон, забезпечено вільний доступ до питної води з одночасним введенням препарата коректора морфолінієвої солі тіазотної кислоти 1 раз на добу внутрішньом’язево. Для дослідження використовували органометричний та морфометричний методи, гістологічне та гістохімічне дослідження, електронну мікроскопію, статистичну обробку цифрових даних. Визначення маси тіла проводили за допомогою електронних терезів KERN 442-432N (Німеччина) із точністю до 0,01 г. Після зважування щурів забивали та проводили виділення ПЗ з подальшим органометричним вимірюванням: масу залози визначали за допомогою аналітичних терезів ACOM JW -1. Лінійні показники довжини, ширини та товщини ПЗ визначали за допомогою цифрового штангельциркуля та мікрометра з точністю до 0,01 мм. Об’єм залози вираховували за допомогою конічної градуйованої пробірки (по об’єму витіснення рідини). Морфометрія гістологічних препаратів проводилася на персональному комп’ютері з використанням пакета програм «Digimizer». Скануючу електронну мікроскопію виконували на трансмісійному електронному мікроскопі «JEM-1230, JEOL» (Japan). За допомогою цифpoвoї кaмери Baumer/optronic Typ: CX 05 c., одержували фото досліджуваних препаратів при збільшенні у 4800 – 12600 разів. Усі вимірювання ультраструктурних компонентів проводили із застосуванням електронної прoгpaми «SEO Image Lab 2.0». Вимірювали площі острівців Лангерганса (мкм2 ), площі ацинусів (мкм2 ), площі екзокриноцитів (мкм2 ), цитоплазми екзокриноцитів (мкм2 ), ядер екзокриноцитів (мкм2 ), ЯЦСе (%), діаметри артеріол, капілярів та венул (мкм). Отримані дані морфометричних вимірювань обробляли на персональному комп’ютері статистичними методами за допомогою статистичної програми IBM SPSS Statistic 21. Органометричні показники за умов загальної дегідратації виявили достовірне зменшення маси щура максимально за умов середнього ступеня на 19 % (р < 0,001) відносно контрольної групи, найбільш виражені зміни абсолютної та відносної маси, а також об’єму ПЗ у вигляді зменшення на 21 % (р < 0,001), на 6 % (р = 0,05) та на 16 % (р = 0,004) відповідно, були виявлені на 7 добу дослідження. Площа острівців Лангерганса при прогресуванні експерименту зазнала різкого збільшення на 124,5 % (р < 0,001), аналогічні зміни спостерігалися при вивченні площі ацинусів, ядер екзокриноцитів та ядерно-цитоплазматичного співвідношення, які значно збільшилися за умов сублетального зневоднення – на 34,85 % (р = 0,002), 66,3 % (р < 0,001) та 42,7 % (р = 0,019) відповідно. Дослідження показників мікроциркуляторного русла за умов загального зневоднення продемонструвало, що за умов тяжкого ступеня було виявлено значне зменшення діаметрів артеріол на 25,86 % (р < 0,001), капілярів – на 35,47 % (р < 0,001), та венул – на 37,68 % (р < 0,001) відносно контрольної групи. У групі щурів, яким моделювалось клітинне зневоднення встановлено, що маса щура, абсолютна маса ПЗ та об’єм залози мали тенденцію до зменшення і за умов тяжкого ступеня були меншими від контрольного показника на 22 % (р < 0,001), на 18 % (р < 0,001) та на 19 % (р = 0,002), відповідно. Площа острівців Лангерганса зазнала різкого збільшення на 106,7 % (р < 0,001) за умов середнього ступеня зневоднення. Достовірне збільшення ядерно-цитоплазматиного співвідношення на 220,4 % (р < 0,001) та площі ядер екзокриноцитів відмічено на 84,9 % (р < 0,001) за умов тяжкого ступеня зневоднення. Площа ацинусів зазнала суттєвих змін, збільшуючись за умов легкого ступеня на 66,5 % (р = 0,001). Площа перерізу екзокриноцитів та їх цитоплазми зменшилася за умов сублетального зневоднення на 35,9 % (р < 0,001) та 45,4 % (р < 0,001) порівняно з контрольними тваринами. Артеріоли, венули та капіляри мали тенденцію до зменшення і при прогресуванні експерименту досягаючи тяжкого ступеня зневоднення були меншими на 11,48 % (р = 0,017), на 25,84 % (р < 0,001) та на 18,43 % (р = 0,048) відносно контрольних показників. При моделюванні позаклітинного зневоднення органометричні показники мали найбільш виражені зміни за умов тяжкого ступеня, так маса щура зменшилася на 28 % (р < 0,001), абсолютна маса ПЗ зменшилася на 26 % (р < 0,001), об’єм ПЗ зменшився на 27 % (р = 0,001). Площа острівців Лангерганса збільшилася за умов середнього ступеня дегідратації на 64,3 % (р < 0,001). Площі ядер екзокриноцитів та ядерно-цитоплазматичне співвідношення значно збільшилися за умов тяжкого ступеня зневоднення – на 92,4 % (р < 0,001) та на 297,8 % (р < 0,001). Зміни серед площ екзокриноцитів та цитоплазми екзокриноцитів виражалися у вигляді їх поступового зменшення максимально – на 42,4 % (р < 0,001) та на 52,9 % (р < 0,001) за умов тяжкого ступеня зневоднення. Діаметр гемокапілярів зменшувався пропорційно прогресуванню ступеню тяжкості експерименту і врешті став меншим на 25,43 % (р = 0,001) за контрольний показник. Діаметри артеріол і венул зазнали аналогічних змін і за умов тяжкого ступеня зневоднення стали меншими за контрольний показник на 15,48 % (р = 0,001) та 28,47 % (р = 0,001). Після 14 діб застосування морфолінієвої солі тіазотної кислоти для корекції змін викликаних сублетальним ступенем загальної дегідратації морфометрично було відмічено позитивний ефект – зменшення показників площ острівців Лангерганса, ацинусів та ядер екзокриноцитів відносно тяжкого ступеня зневоднення на 32,1 % (р < 0,001), 15,9 % (р = 0,041) та 17,8% (р = 0,038). Порівнюючи отримані дані з інтактними щурами, встановлено, що показники ще залишалися більшими за групу контролю на 52,03 % (р < 0,001), 13,4 % (р = 0,199) та 36,6 % (р = 0,004), відповідно. Ядерно цитоплазматичне співвідношення, площі екзокриноцитів та їх цитоплазми не мали достовірних змін після проведеної корекції. Гемоциркуляторне русло навпаки мало виражені достовірні зміни на даному терміні експерименту, у вигляді відновлення структури судин, збільшення діаметрів артеріол на 26,3 % (р < 0,001), капілярів на 42,6 % (р < 0,001) та венул на 46,9 % (р < 0,001), співставляючи отримані результати з групою контролю встановлено, що їх діаметри були меншими на 7,39 % (р = 0,88), 7,95 % (р = 0,095) та 8,52 % (р = 0,59) відповідно. На 14 добу застосування коректора у групі щурів з клітинною дегідратацією тяжкого ступеня у ПЗ виявлено зменшення площі острівців Лангерганса, ядер панкреатоцитів та ядерно-цитоплазматичного співвідношення на 24,9 % (р = 0,001), 25,6 % (р = 0,019) та 42,3 % (р = 0,001) відносно тяжкого ступеня. Площі панкреатоцитів та їх цитоплазми збільшилися на 17,5 % (р = 0,001) та 28,8 % (р < 0,001). Діаметри венул, капілярів та артеріол малі подібні зміни, зокрема діаметрів венул збільшився на 25,01 % (р < 0,001), капілярів – на 15,5 % (р = 0,011) та артеріол – на 7,4 % (р = 0,120). Площа ацинусів не мала достовірних змін. Співставляючи отримані результати з показниками групи контролю встановлено, що площі ацинусів, екзокриноцитів та їх цитоплазми залишалися меншими за контрольні показники на 12,89 % (р = 0,070), 24,8 % (р < 0,001) та 29,7 % (р < 0,001), відповідно. Площі острівців Лангерганса, ядер екзокриноцитів та ядерно-цитоплазматичного співвідношення залишалися більшими щодо групи контролю на 39,01 % (р < 0,001), 37,5 % (р = 0,007) та 85,01 % (р = 0,002), відповідно. Показники гемоциркуляторного русла, а саме артеріоли, венули та капіляри стали меншими за аналогічні дані інтактних щурів на 4,92 % (р = 0,241), 7,28 % (р = 0,096) та 5,83 % (р = 0,184), відповідно. Після 14-ти діб застосування морфолінієвої солі тіазотної кислоти для корекції змін, які були викликані сублетальним ступенем позаклітинного зневоднення, відмічене збільшення площі острівців, панкреатоцитів та цитоплазми панкреатоцитів на 17,1 % (р = 0,013), 18,9 % (р = 0,007) та 34,7 % (р = 0,001); зменшення площі ядер панкреатоцитів та ядерно цитоплазматичного співвідношення на 30,4 % (р < 0,001) та 49,2 % (р < 0,001). При порівнянні отриманих результатів з групою контрольних тварин можна зазначити, що площі острівців Лангерганса та ацинусів після впливу коректора не мали достовірних відмінностей і були меншими лише на 8,22 % (р = 0,112) та 12,39 % (р = 0,082), у той час як площі екзокриноцитів та цитоплазми екзокриноцитів залишалися значно меншими – на 31,5 % (р < 0,001) та 36,5 % (р < 0,001). Площа ядер екзокриноцитів та ядерно цитоплазматичне співвідношення були вірогідно більшими за контрольні показники на 33,8 % (р = 0,001) та 101,89 % (р < 0,001), діаметри артеріол, капілярів та венул також були більшими за показники інтактної групи на 15,6 % (р = 0,004), 28,3 % (р < 0,010) та 32,6 % (р < 0,001) відповідно. Порівнюючи дані діаметрів артеріол, капілярів та венул з контрольною групою, встановлено, що показники були меншими лише на 2,27 % (р = 0,622), 4,29 % (р = 0,364), та 5,11 % (р = 0,240), що вказує на позитивний вплив препарату коректору. Підсумовуючи отримані результати застосування препарату морфолінієвої солі тіазотної кислоти для відновлення паренхіми ПЗ за умов різних видів дегідратації тяжкого ступеня є підстави стверджувати, що даний медичний препарат сприяє зменшенню проявів дегідратаційних порушень (розповсюджених стазів, діапедезних крововиливів, атрофії чи деструкції екзокринних та ендокринних клітин), відновлює паренхіму та структуру підшлункової залози за рахунок збереження та відновлення структурно функціональної організації клітин, зменшення проявів дистрофічно-деструктивних змін у клітинах залози та увімкнення компенсаторно-регенераторних процесів. Ступінь вираженності даних процесів є різним залежно від виду зневоднення.

The dissertation is devoted to the study of the structural features of the pancreatic parenchyma at the macro-, micro- and ultrastructural levels under the influence of general, cellular, and extracellular dehydration of various degrees of severity, studying the effectiveness of correcting the identified structural changes in the pancreas with thiazic acid morpholinium salt. To determine the structural changes in the pancreas in dehydration disorders of water-salt metabolism, an experiment was conducted on 160 adult white male rats aged from 6 to 12 months weighing 200 ± 20 g, which were in stationary vivarium conditions. All animals were divided into series and further into groups. Series I (30 rats) – simulation of general dehydration by keeping animals on an anhydrous diet [88, 123, 133]. Series II (30 rats) – simulation of intracellular dehydration by feeding the animals with 1.2% sodium chloride solution (they received granular feed as food). Series III (30 rats) – simulation of extracellular dehydration was performed by feeding the animals with bidistilled water and intraperitoneal administration of a diuretic (furosemide), which belongs to highly active diuretics; low-mineralized boiled food was used as a food ration. Series IV (10 rats) or control – intact animals that were on the usual food and drink rations throughout the entire period of the experiment. Series V (30 rats) – the animals of this group were divided into three groups (10 rats each) depending on the type of dehydration, they simulated the severe degree of different types of dehydration (total, intracellular, and extracellular for 10, 30 and 90 days, respectively) after which the animals were transferred for two weeks to a normal food diet and free access to drinking water was provided. Series VI (30 rats) – the animals of this group were divided into three groups (10 rats each) depending on the type of dehydration, they simulated the severe degree of different types of dehydration (total, intracellular, and extracellular for 10, 30 and 90 days, respectively) after which the animals were transferred for two weeks to a normal food diet, free access to drinking water was ensured with the simultaneous administration of the corrector drug morpholinium salt of thiazotic acid 1 time per day intramuscularly. Organometric and morphometric methods, histological and histochemical studies, electron microscopy, and statistical processing of digital data were used for the study. Body weight was determined using a KERN 442-432N electronic balance (Germany) with an accuracy of 0.01 g. After weighing, the rats were slaughtered and the pancreas was isolated, followed by organometric measurement: the weight of the gland was determined using an ACOM JW-1 analytical balance. Linear indicators of the length, width, and thickness of the gland were determined using a digital compass gauge and micrometer with an accuracy of 0.01 mm. The volume of the gland was calculated using a conical graduated test tube (according to the volume of fluid displacement). Morphometry of histological preparations was carried out on a personal computer using the Digimizer software package. Scanning electron microscopy was performed on a transmission electron microscope JEM-1230, JEOL (Japan). Using a Baumer/optronic Type: CX 05 c. digital camera, we took photos of the studied preparations at a magnification of 4800 – 12600 times. All measurements of ultrastructural components were carried out using the electronic program "SEO Image Lab 2.0", the area of the islets of Langerhans (μm2), the area of acini (μm2), the area of exocrinocytes (μm2), the cytoplasm of exocrinocytes (μm2), the nuclei of exocrinocytes (μm2), NCR (%), diameters of arterioles were measured. The obtained data of morphometric measurements were processed by statistical methods on a personal computer using the statistical program IBM SPSS Statistic 21. With general dehydration, the weight of the rat decreased by 19% under the condition of moderate severity of dehydration (p < 0.001). On day 7, the absolute and relative mass and volume of the pancreas decreased by 21% (p<0.001), 6% (p=0.05), and 16% (p=0.004), respectively. With the progression of the experiment, the area of the islets of Langerhans increased sharply by 124.5% (p < 0.001), and similar changes were observed in the area of acini, nuclei of exocrinocytes and the nuclear-cytoplasmic ratio – a significant increase was found (by 34.8% (p = 0.002) , 66.3% (p < 0.001) and 42.7% (p = 0.019)) respectively, with sublethal dehydration The study of the indicators of microcirculatory vessels in the modeling of general dehydration showed a decrease in the diameters of arterioles by 25.86% (p < 0.001), capillaries – by 35.47% (p < 0.001) venules – by 37.68% (p < 0.001) in severe dehydration relative to the control group. In the group of rats that were simulated cellular dehydration, it was found that the weight of the rat, the absolute weight of the pancreas, and the volume of the gland tended to decrease and, in severe cases, were less than the control indicator by 22% (p < 0.001), by 18% (p < 0.001) and 19% (p = 0.002), respectively. The area of the islets of Langerhans increased sharply by 106.7% (p<0.001) under conditions of moderate dehydration. A significant increase in the nuclear-cytoplasmic ratio by 220.4% (p<0.001) and the area of exocrinocyte nuclei was noted by 84.9% (p<0.001) in severe dehydration. The area of the acini underwent significant changes, increasing by 66.5% in mild cases (p = 0.001). The area of exocrinocytes and their cytoplasm decreased with sublethal dehydration by 35.9% (p<0.001) and 45.4% (p<0.001) compared with control animals. Arterioles, venules, and capillaries tended to decrease and, as the experiment progressed, reaching a severe degree of dehydration, they were less by 11.48% (p = 0.017), by 25.84% (p < 0.001) and by 18.43% (p = 0.048) relative to the indicators of the control group. When modeling extracellular dehydration, organometric parameters had the most pronounced changes in severe conditions: the rat weight decreased by 28% (p < 0.001), the absolute pancreas mass decreased by 26% (p < 0.001), the pancreas volume decreased by 27% (p = 0.001 ). The area of the islets of Langerhans increased with an average degree of dehydration by 64.3% (p < 0.001). The areas of exocrinocyte nuclei and the nuclear-cytoplasmic ratio increased significantly in severe dehydration – by 92.4% (p < 0.001) and by 297.8% (p < 0.001). Changes in the areas of exocrinocytes and cytoplasm of exocrinocytes were expressed as their gradual decrease but decreased to the maximum in severe dehydration by 42.4% (p<0.001) and by 52.9% (p<0.001). The diameter of hemocapillaries decreased in proportion to the progression of the severity of the experiment and eventually became less by 25.43% (p = 0.001) of the control indicator. The diameters of arterioles and venules underwent similar changes and, under conditions of severe dehydration, became less than the control indicator by 15.48% (p = 0.001) and 28.47% (p = 0.001). After 14 days of using morpholinium salt of thiazoic acid to correct changes caused by a sublethal degree of general dehydration, a positive effect was morphometrically noted – a decrease in the areas of the islets of Langerhans, acini, and nuclei of exocrinocytes relative to severe dehydration by 32.1% (p < 0.001), 15 .9% (p = 0.041) and 17.8% (p = 0.038). Comparing the obtained data with intact rats, it was found that the indicators remained higher than the control group by 52.03% (p < 0.001), 13.4% (p = 0.199) and 36.6% (p = 0.004), respectively. The nuclear-cytoplasmic ratio of the area of exocrinocytes and their cytoplasm did not have significant changes after the correction. Hemocirculatory vessels, on the contrary, had pronounced significant changes at this time of the experiment, in the form of restoration of the structure of vessels, an increase in the diameters of arterioles by 26.3% (p<0.001), capillaries by 42.6% (p<0.001) and venules by 46.9% (p < 0.001), comparing the results with the control group, it was found that their diameters were less by 7.39% (p = 0.88), 7.95% (p = 0.095) and 8.52% (p = 0.59), respectively. In the group of rats with severe cellular dehydration, on the 14th day of applying the corrector, the area of the islets of Langerhans, the nuclei of exocrinocytes, and the nuclear-cytoplasmic ratio decreased by 24.9% (p = 0.001), 25.6% (p = 0.019) and 42.3% (p = 0.001) was found in comparison with severe dehydration. The areas of exocrinocytes and their cytoplasm increased by 17.5% (p=0.001) and by 28.8% (p<0.001). The diameters of venules, capillaries, and arterioles had similar changes, in particular, the diameters of venules increased by 25.01% (p < 0.001), capillaries – by 15.5% (p = 0.011) and arterioles – by 7.4% (p = 0.120). There were no significant changes in the area of acini. Comparing the obtained results with the indicators of the control group, it was found that the areas of acini, exocrinocytes, and their cytoplasm remained less than the control indicators by 12.89% (p = 0.070), 24.8% (p < 0.001) and 29.7% (p < 0.001) respectively. The areas of the islets of Langerhans, exocrinocyte nuclei, and nuclear-cytoplasmic ratio remained large relative to the control group by 39.01% (p<0.001), 37.5% (p=0.007) and 85.01% (p=0.002), respectively. The indicators of hemocirculatory vessels, namely arterioles, venules, and capillaries, became less than similar data of intact rats by 4.92% (p = 0.241), 7.28% (p = 0.096) and 5.83% (p = 0.184), respectively. After 14 days of using morpholinium salt of thiazoic acid to correct changes caused by the sublethal degree of extracellular dehydration, an increase in the area of islets, exocrinocytes and pancreatocyte cytoplasm by 17.1% (p = 0.013), and 34.7% (p = 0.001); decrease in the area of pancreatocyte nuclei and nuclear cytoplasmic ratio by 30.4% (p<0.001) and 49.2% (p<0.001) were found. Comparing the obtained results with the group of control animals, it can be noted that the areas of the islets of Langerhans and acini after exposure to the corrector did not have significant differences and were only 8.22% (p = 0.112) and 12.39% (p = 0.082) less, while the areas of exocrinocytes and cytoplasm remained significantly less – by 31.5% (p<0.001) and 36.5% (p<0.001). The area of exocrinocyte nuclei and the nuclear-cytoplasmic ratio were significantly greater than the control values by 33.8% (p = 0.001) and 101.89% (p < 0.001), the diameters of arterioles, capillaries and venules were also greater than the parameters of the intact group, 6% ( p=0.004), 28.3% (p<0.010) and 32.6% (p<0.001), respectively. Comparing the data on the diameters of arterioles, capillaries and venules with the control group, it was found that the figures were only 2.27% (p = 0.622), 4.29% (p = 0.364) and 5.11% (p = 0.240) less. which indicates a positive effect of the corrector drug. Summarizing the results of using the drug morpholinium salt of thiazoic acid to restore the pancreas parenchyma in conditions of various types of severe dehydration, there is reason to believe that this medication helps to reduce the manifestations of dehydration disorders (common stasis, diapedetic hemorrhages, atrophy or destruction of pancreas cells), restores the parenchyma and the structure of the pancreas by preserving and restoring the structural and functional organization of cells, reducing the manifestations of dystrophic-destructive changes in the cells of the gland and the inclusion of compensatory-regenerative processes. The severity of these processes varies depending on the type of dehydration.