cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.12737/article_593604c09be309.46019930cfpd-26Research ArticleСтатьиХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ РЕСНИЧЕК МЕРЦАТЕЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ БРОНХОВ ПРИ ОСМОТИЧЕСКОМ СТРЕССЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ IN VITROTHE CHARACTERISTIC OF MOTION ACTIVITY OF BRONCHIAL MUCOSA CILIATED EPITHELIUM CILIA AT OSMOTIC STRESS IN THE EXPERIMENT IN VITROОдиреевА. Н.OdireevA. N.bulleten.fpd@mail.ruБезруковН. С.BezrukovN. S.bezrukow@mail.ruПерельманЮ. М.PerelmanJ. M.jperelman@mail.ruШматокМ. И.ShmatokM. M.shmatok1@mail.ruКилимиченкоК. Ф.KilimichenkoK. F.kolemualnaya@mail.ruКолосовА. В.KolosovA. V.arterm1@mail.ruКочегароваЕ. Ю.KochegarovaE. Yu.matas7@inbox.ruДальневосточный научный центр физиологии и патологии дыханияFar Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration2017181120190642936Copyright © Одиреев А.Н., Безруков Н.С., Перельман Ю.М., Шматок М.И., Килимиченко К.Ф., Колосов А.В., Кочегарова Е.Ю., 20192019Одиреев А.Н., Безруков Н.С., Перельман Ю.М., Шматок М.И., Килимиченко К.Ф., Колосов А.В., Кочегарова Е.Ю.Odireev A.N., Bezrukov N.S., Perelman J.M., Shmatok M.M., Kilimichenko K.F., Kolosov A.V., Kochegarova E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cfpd.elpub.ru/jour/article/view/26

Цель исследования - изучить характер и степень выраженности изменений двигательной активности ресничек мерцательного эпителия (МЭ) слизистой оболочки бронхов при непосредственном воздействии гипоосмотического стимула (дистиллированной воды) на бронхобиоптат в эксперименте in vitro . Обследовано 39 больных бронхиальной астмой, в том числе 14 мужчин и 25 женщин, всем проведена бронхофиброскопия с биопсией слизистой оболочки среднедолевого бронха. Для прижизненного исследования функциональной активности ресничек МЭ биоптат помещался в камеру с питательной средой Хенкса при комнатной температуре (+25°С). Регистрацию двигательной активности ресничек МЭ проводили с использованием микроскопа, камеры со встроенной высокочувствительной цифровой полнокадровой матрицей высокого разрешения и компьютера. Запись движения ресничек МЭ выполняли сразу же после помещения биоптата на предметное стекло в раствор Хенкса. Моделирование гипоосмотического стресса проводили путем добавления дозатором в объем 0,01 мл раствора Хенкса 0,01 мл дистиллированной воды, после чего сразу же проводили повторную запись биения ресничек и повторяли ее в контрольных точках опыта - через 1, 2, 3 и 4 минуты. Установлено, что средняя частота биения ресничек МЭ колебалась в пределах от 12,2 до 2,7 Гц и составила 8,73+1,27 Гц. После добавления в раствор Хенкса дистиллированной воды происходило снижение частоты биения ресничек до 6,51+1,71 Гц (р<0,001). Уже после 1-й минуты установлено еще более выраженное снижение частоты биения до 5,94+1,57 Гц (на 9%) по сравнению с исходными показателями стрессовой реакции. На протяжении 2-й, 3-й и 4-й минут наблюдения тенденция к снижению частоты биения ресничек МЭ сохранялась (на 13, 15 и 17%, соответственно). К 4-й минуте наблюдения частота биения составила 5,33+1,29 Гц и статистически достоверно (р=0,035) отличалась от исходного значения стрессовой реакции. Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о выраженных изменениях двигательной активности ресничек МЭ при воздействии гипоосмотического стимула на бронхобиоптат в эксперименте in vitro . Полученные данные позволили разработать математическую модель, характеризующую поведение ресничек МЭ при осмотическом стрессе.

The aim of the research is to study the character and degree of intensiveness of changes in the motion activity of ciliated epithelium (CE) cilia of the bronchial mucosa at immediate effect of hyposmotic stimulus (distilled water) on bronchial biopsy material in the experiment in vitro . 39 patients with bronchial asthma including 14 men and 25 women were examined; all had bronchial fiberoptic scope examination with biopsy of middle lobe bronchus mucosa. For intravital analysis of functional activity of CE cilia the biopsy material was put into the chamber with Hank’s solution at indoor temperature (+25°С). The registration of the motion activity of CE cilia was done with the help of the microsope, the camera with in-built highly sensitive digital full-frame matrix of high definition and a computer. The recording of CE cilia beating was done immediately after the biopsy material was put on the object-plate in the Hank’s solution. Modeling of hypoosmotic stress was carried out by adding 0.01 ml of distilled water into 0.01 ml of Hank’s solution with the help of the dispenser; after that there was an immediate recording of cilia beating and it was repeated in the control moments of the experiment in 1, 2, 3 and 4 minutes. It was found out that the beat frequency of CE cilia fluctuated within the range from 12.2 till 2.7 Hz and was on average 8.73±1.27 Hz. When the distilled water was added into Hank’s solution, there was the decrease of cilia beating frequency till 6.51±1.71 Hz (р<0.001). After the 1st minute of the experiment the frequency of beating decreased till 5.94±1.57 Hz (by 9%) in comparison with the initial values of the stress reaction. During the 2nd, 3rd and 4th minutes of observation there was a steady tendency of cilia beating frequency decrease (by 13, 15 and 17%, respectively). By the fourth minute of observation the beating frequency was 5.33±1.29 Hz and was statistically different (р=0.035) from the initial value of stress reaction. Thus the results of the research show intensive changes in the motion activity of cilia at the influence of hyposmotic stimulus on bronchial biopsy material in the experiment in vitro . Obtained data allowed to develop the mathematical model which characterizes the behavior of cilia under osmotic stress.

гипоосмотический стимулосмотический стрессмерцательный эпителий бронховдвигательная активность ресничек мерцательного эпителияhyposmotic stimulusosmotic stressbronchial ciliated epitheliumciliated epithelium cilia motion activityReferencesБезруков Н.С., Шматок М.И. Новый способ регистрации активности ресничек мерцательного эпителия дыхательных путей // Материалы IX международной научной конференции «Системный анализ в медицине» (САМ 2015) / под общ. ред. В.П.Колосова. Благовещенск, 2015. С. 50-56.Безруков Н.С., Шматок М.И. Новый способ регистрации активности ресничек мерцательного эпителия дыхательных путей // Материалы IX международной научной конференции «Системный анализ в медицине» (САМ 2015) / под общ. ред. В.П.Колосова. Благовещенск, 2015. С. 50-56.Безруков Н.С., Одиреев А.Н, Шматок М.И. Алгоритмы регистрации движения ресничек мерцательного эпителия // Материалы Х международной научной конференции «Системный анализ в медицине» (САМ 2016) / под общ. ред. В.П.Колосова. Благовещенск, 2016. С.33-36.Безруков Н.С., Одиреев А.Н, Шматок М.И. Алгоритмы регистрации движения ресничек мерцательного эпителия // Материалы Х международной научной конференции «Системный анализ в медицине» (САМ 2016) / под общ. ред. В.П.Колосова. Благовещенск, 2016. С.33-36.Колосов В.П., Манаков Л.Г., Кику П.Ф., Полянская Е.В. Заболевания органов дыхания на Дальнем Востоке России: эпидемиологические и социально-гигиенические аспекты. Владивосток: Дальнаука, 2013. 220 с.Колосов В.П., Манаков Л.Г., Кику П.Ф., Полянская Е.В. Заболевания органов дыхания на Дальнем Востоке России: эпидемиологические и социально-гигиенические аспекты. Владивосток: Дальнаука, 2013. 220 с.Перельман Ю.М., Приходько А.Г., Бородин Е.А., Ушакова Е.В. Роль оксидативного стресса в реакции дыхательных путей на гипоосмолярный стимул у больных бронхиальной астмой // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2014. Вып.54. С.17-22.Перельман Ю.М., Приходько А.Г., Бородин Е.А., Ушакова Е.В. Роль оксидативного стресса в реакции дыхательных путей на гипоосмолярный стимул у больных бронхиальной астмой // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2014. Вып.54. С.17-22.Хижняк Ю.Ю., Перельман Ю.М., Колосов В.П. Сезонная динамика проходимости и реактивности дыхательный путей у больных бронхиальной астмой в условиях муссонного климата // Тихоокеанский медицинский журнал. 2009. №1. С.82-84.Хижняк Ю.Ю., Перельман Ю.М., Колосов В.П. Сезонная динамика проходимости и реактивности дыхательный путей у больных бронхиальной астмой в условиях муссонного климата // Тихоокеанский медицинский журнал. 2009. №1. С.82-84.Целуйко С.С., Семенов Д.А., Перельман Ю.М., Одиреев А.Н. Морфофункциональная характеристика слизеобразующих компонентов воздухоносного отдела легких крыс при осмотическом стрессе // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2015. Вып.57. С.70-76.Целуйко С.С., Семенов Д.А., Перельман Ю.М., Одиреев А.Н. Морфофункциональная характеристика слизеобразующих компонентов воздухоносного отдела легких крыс при осмотическом стрессе // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2015. Вып.57. С.70-76.Черменский А.Г., Гембицкая, Т.Е., Сологуб Т.С., Орлов А.В., Миткина Е.Н., Желенина Л.А., Фаустова М.Е., Шабалин В.В. Изучение функции реснитчатого эпителия у больных муковисцидозом и хронической обструктивной болезнью легких // Пульмонология. 2001. №3. С.53-56.Черменский А.Г., Гембицкая, Т.Е., Сологуб Т.С., Орлов А.В., Миткина Е.Н., Желенина Л.А., Фаустова М.Е., Шабалин В.В. Изучение функции реснитчатого эпителия у больных муковисцидозом и хронической обструктивной болезнью легких // Пульмонология. 2001. №3. С.53-56.Chilvers M.A., Rutman A., O’Callaghan C. Functional analysis of cilia and ciliated epithelial ultrastructure in healthy children and young adults // Thorax. 2003. Vol.58, №4. Р.333-338.Chilvers M.A., Rutman A., O’Callaghan C. Functional analysis of cilia and ciliated epithelial ultrastructure in healthy children and young adults // Thorax. 2003. Vol.58, №4. Р.333-338.Daviskas E., Rubin B.K. Effect of inhaled dry powder mannitol on mucus and its clearance // Expert. Rev. Respir. Med. 2013. Vol.7. Р.65-75. doi: 10.1586/ers.12.72.Daviskas E., Rubin B.K. Effect of inhaled dry powder mannitol on mucus and its clearance // Expert. Rev. Respir. Med. 2013. Vol.7. Р.65-75. doi: 10.1586/ers.12.72.Fabbri L.M., Mapp K.E., Hendrick D.J. Comparison of ultrasonically nebulized distilled water and hyperventilation with cold air in asthma // Ann. Allergy. 1984. Vol.53, №2. P.172-177.Fabbri L.M., Mapp K.E., Hendrick D.J. Comparison of ultrasonically nebulized distilled water and hyperventilation with cold air in asthma // Ann. Allergy. 1984. Vol.53, №2. P.172-177.Fedan J.S., Yuan L.X., Chang V.C., Viola J.O., Cutler D., Pettit L.L. Osmotic regulation of airway reactivity by epithelium // J. Pharmacol. Exp. Ther. 1999. Vol. 289, №2. P.901-910.Fedan J.S., Yuan L.X., Chang V.C., Viola J.O., Cutler D., Pettit L.L. Osmotic regulation of airway reactivity by epithelium // J. Pharmacol. Exp. Ther. 1999. Vol. 289, №2. P.901-910.Goto D.M., Torres G.M., Seguro A.C., Saldiva P.H., Lorenzi-Filho G., Nakagawa N.K. Furosemide impairs nasal mucociliary clearance in humans // Respir. Physiol. Neurobiol. 2010. Vol.170, №3. Р.246-252. doi: 10.1016/j.resp.2010.01.013Goto D.M., Torres G.M., Seguro A.C., Saldiva P.H., Lorenzi-Filho G., Nakagawa N.K. Furosemide impairs nasal mucociliary clearance in humans // Respir. Physiol. Neurobiol. 2010. Vol.170, №3. Р.246-252. doi: 10.1016/j.resp.2010.01.013Grace M.S., Baxter M., Dubuis E., Birrell M.A., Belvisi M.G. Transient receptor potential (TRP) channels in the airway: role in airway disease // Br. J. Pharmacol. 2014. Vol.171, №10. Р.2593-2607. doi: 10.1111/bph.12538Grace M.S., Baxter M., Dubuis E., Birrell M.A., Belvisi M.G. Transient receptor potential (TRP) channels in the airway: role in airway disease // Br. J. Pharmacol. 2014. Vol.171, №10. Р.2593-2607. doi: 10.1111/bph.12538Hollborn M., Vogler S., Reichenbach A., Wiedemann P., Bringmann A., Kohen L. Regulation of the hyperosmotic induction of aquaporin 5 and VEGF in retinal pigment epithelial cells: involvement of NFAT5 // Mol. Vis. 2015. Vol.21. P.360-377.Hollborn M., Vogler S., Reichenbach A., Wiedemann P., Bringmann A., Kohen L. Regulation of the hyperosmotic induction of aquaporin 5 and VEGF in retinal pigment epithelial cells: involvement of NFAT5 // Mol. Vis. 2015. Vol.21. P.360-377.Li M.C., Yang G., Zhou X.D., Tseluyko S.S., Perelman J.M. The pathophysiological mechanisms underlying mucus hyper secretion induced by cold temperatures in cigarette smoke-exposed rats // Int. J. Mol. Med. 2014. Vol.33, №1. P. 83-90.Li M.C., Yang G., Zhou X.D., Tseluyko S.S., Perelman J.M. The pathophysiological mechanisms underlying mucus hyper secretion induced by cold temperatures in cigarette smoke-exposed rats // Int. J. Mol. Med. 2014. Vol.33, №1. P. 83-90.Liedke W., Simon S. A possible role for TRPV4 receptors in asthma // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2004. Vol.287, №2. L269-L271. doi: 10.1152/ajplung.00153.2004.Liedke W., Simon S. A possible role for TRPV4 receptors in asthma // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2004. Vol.287, №2. L269-L271. doi: 10.1152/ajplung.00153.2004.Luk C.K., Dulfano M.J. Effect of pH, viscosity and ionic-strength changes on ciliary beating frequency of human bronchial explants // Clin. Sci. (Lond.). 1983. Vol.64, №4. Р.449-451. doi: 10.1042/cs0640449Luk C.K., Dulfano M.J. Effect of pH, viscosity and ionic-strength changes on ciliary beating frequency of human bronchial explants // Clin. Sci. (Lond.). 1983. Vol.64, №4. Р.449-451. doi: 10.1042/cs0640449Mall M.A. Role of cilia, mucus, and airway surface liquid in mucociliary dysfunction: lessons from mouse models // J. Aerosol Med. Pulm. Drug Deliv. 2008. Vol.21, №1. Р.13-24. doi: 10.1089/jamp.2007.0659Mall M.A. Role of cilia, mucus, and airway surface liquid in mucociliary dysfunction: lessons from mouse models // J. Aerosol Med. Pulm. Drug Deliv. 2008. Vol.21, №1. Р.13-24. doi: 10.1089/jamp.2007.0659Perelman J.M., Goryachkina N.M., Prikhodko A.G., Borodin E.A. Dynamics of oxidative stress parameters in exhaled breath condensate at controller treatment of bronchial asthma in patients with cold airway hyperresponsiveness // Eur. Respir. J. 2011. Vol.38, Suppl.55. P.3264.Perelman J.M., Goryachkina N.M., Prikhodko A.G., Borodin E.A. Dynamics of oxidative stress parameters in exhaled breath condensate at controller treatment of bronchial asthma in patients with cold airway hyperresponsiveness // Eur. Respir. J. 2011. Vol.38, Suppl.55. P.3264.Pierrou S., Broberg P., O’donnell R.A., Pawlowski K., Virtala R., Lindqvist E., Richter A., Wilson S.J., Angco G., Moller S., Bergstrand H., Koopmann W., Wieslander E., Strömstedt P.E., Holgate S.T., Davies D.E., Lund J., Djukanovic R. Expression of genes involved in oxidative stress responses in airway epithelial cells of smokers with chronic obstructive pulmonary disease // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2007. Vol.175, №6. Р.577-586. doi: 10.1164/rccm.200607-931OCPierrou S., Broberg P., O’donnell R.A., Pawlowski K., Virtala R., Lindqvist E., Richter A., Wilson S.J., Angco G., Moller S., Bergstrand H., Koopmann W., Wieslander E., Strömstedt P.E., Holgate S.T., Davies D.E., Lund J., Djukanovic R. Expression of genes involved in oxidative stress responses in airway epithelial cells of smokers with chronic obstructive pulmonary disease // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2007. Vol.175, №6. Р.577-586. doi: 10.1164/rccm.200607-931OCSatir P., Christensen S.T. Overview of structure and function of mammalian cilia // Annu. Rev. Physiol. 2007. Vol.69. Р.377-400. doi: 10.1146/annurev.physiol.69.040705.141236Satir P., Christensen S.T. Overview of structure and function of mammalian cilia // Annu. Rev. Physiol. 2007. Vol.69. Р.377-400. doi: 10.1146/annurev.physiol.69.040705.141236Trout L., King M., Feng W., Inglis S.K., Ballard S.T. Inhibition of airway liquid secretion and its effect on the physical properties of airway mucus // Am. J. Physiol. 1998. Vol.274, №2(Pt1). Р.258-263.Trout L., King M., Feng W., Inglis S.K., Ballard S.T. Inhibition of airway liquid secretion and its effect on the physical properties of airway mucus // Am. J. Physiol. 1998. Vol.274, №2(Pt1). Р.258-263.Wyatt T.A., Forget M.A., Adams J.M., Sisson J.H. Both cAMP and cGMP are required for maximal ciliary beat stimulation in a cell-free model of bovine ciliary axonemes // Am. J. Physiol Lung Cell. Mol. Physiol. 2005. Vol.288, №3. Р.546-551. doi: 10.1152/ajplung.00107.2004Wyatt T.A., Forget M.A., Adams J.M., Sisson J.H. Both cAMP and cGMP are required for maximal ciliary beat stimulation in a cell-free model of bovine ciliary axonemes // Am. J. Physiol Lung Cell. Mol. Physiol. 2005. Vol.288, №3. Р.546-551. doi: 10.1152/ajplung.00107.2004Yaghi A., Dolovich M.B. Airway Epithelial Cell Cilia and Obstructive Lung Disease // Cells. 2016. Vol.5, №4. Р.40. doi:10.3390/cells5040040Yaghi A., Dolovich M.B. Airway Epithelial Cell Cilia and Obstructive Lung Disease // Cells. 2016. Vol.5, №4. Р.40. doi:10.3390/cells5040040Yan X., Cao G.M., Wang X.L., Zhou X.D. Study of mucus secretion and aquaporin-5 expression of bronchial epithelium cultured in hypotonic medium // Zhongguo Wei Zhong Bing Ji Jiu Yi Xue 2007. Vol.19, №4. Р.214-216.Yan X., Cao G.M., Wang X.L., Zhou X.D. Study of mucus secretion and aquaporin-5 expression of bronchial epithelium cultured in hypotonic medium // Zhongguo Wei Zhong Bing Ji Jiu Yi Xue 2007. Vol.19, №4. Р.214-216.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.