cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.36604/1998-5029-2021-81-105-114cfpd-967Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHГистогенетические морфотипы органов дыхания крыс на этапах раннего и позднего фетогенезаHistogenetic morphotypes of rats respiratory system at the stages of early and late fetogenesisГордиенкоЕ. Н.GordienkoE. N.

Елена Николаевна Гордиенко - доктор медицинских наук, профессор, кафедра гистологии и биологии.

675000, Благовещенск, ул. Горького, 95

Elena N. Gordienko - PhD, DSc (Med.), Professor, Department of Histology and Biology.

95 Gor'kogo Str., Blagoveshchensk, 675000

gen-45@rambler.ruЦелуйкоС. С.TseluykoS. S.

Сергей Семенович Целуйко - доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой гистологии и биологии.

675000, Благовещенск, ул. Горького, 95

Sergey S. Tseluyko - PhD, DSc (Med.), Professor, Head of Department of Histology and Biology.

95 Gor'kogo Str., Blagoveshchensk, 675000

agma.agma@yandex.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Амурская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения Российской ФедерацииAmur State Medical Academy202129092021081105114Copyright © Гордиенко Е.Н., Целуйко С.С., 20212021Гордиенко Е.Н., Целуйко С.С.Gordienko E.N., Tseluyko S.S.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/967Цель

Цель. Морфологический анализ развертывания гистогенетической информации легочной паренхимы на этапах позднего эмбриогенеза и фетогенеза у лабораторных крыс в пределах нормы реакции с верификацией по морфометрическим критериям индивидуальных морфотипов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Выполнено сравнительное морфологическое исследование гистогенеза энтодермальных производных легких крыс на критических периодах внутриутробного развития – позднем эмбриогенезе (14 сутки гестации), и позднем фетогенезе (20 сутки гестации) с применением морфометрической идентификации плоскостных параметров и комплекса плоскостных форм-факторов эпителиальных структур легкого. Морфометрические исследования осуществлены в программе «Морфометр» на полутонких срезах легкого крыс.

Результаты

Результаты. Описаны две критических стадии гистогенеза энтодермальных зачатков легких плода – псевдожелезистая и каналикулярная. Обоснованы варианты дискордантности индивидуального развития в пределах нормы реакции. Легкие плода на псевдожелезистой стадии и каналикулярной обнаруживают достоверные колебания плоскостных величин легочной паренхимы, наличие у разных особей вариантов плоскостных показателей энтодермальных производных, обозначивших индивидуальные морфотипы развития легкого крыс. На псевдожелезистой стадии у плодов с I типом, названным «компактным», общая площадь трубчатой системы и суммарный периметр достоверно уступают (р<0,001) этим же показателям легкого II морфотипа, обозначенного как «воздушный». Величины одного канальца (наружный периметр, его площадь, размеры Х-проекции и Y-проекции, длина эпителиальных трубочек) при I типе, напротив, достоверно больше, чем при II (р<0,01). Среди форм-факторов достоверные отличия имеют элонгация (FE), квадратичность (FQ) и эквивалентный радиус (FR) (р<0,01), менее значимы компактность (FF) и округлость (FC) (р<0,05). Дискордантность развития установлена по ряду достоверных значений и на этапе позднего фетогенеза: площадь канальца (р<0,01), площадь эпителия преацинозного отдела (р<0,001), величина наружного периметра канальца, длина и, в меньшей степени, ширина канальца (р<0,05) достоверно превышают таковые показатели II типа. В связи с этим размеры Х- и Y- проекций при I типе также увеличены (р<0,05).

Заключение

Заключение. В результате морфологических исследований верифицировано развитие энтодермальных производных легочной паренхимы на псевдожелезистой стадии (14 сутки гестации) и каналикулярной стадии (20 сутки гестации) у плодов крыс; внедрены морфометрические критерии оценки гистогенеза энтодермальных единиц паренхимы на критических этапах развития; проведен сравнительный анализ морфометрических показателей разных особей в динамике гестации; объективизированы индивидуальные варианты двух морфотипов – «компактного-I» и «воздушного-II» в процессе гистогенеза легких плода.

Aim

Aim. Morphological analysis of the deployment of histogenetic information of pulmonary parenchyma at the stages of late embryogenesis and fetogenesis in laboratory rats within the limits of the norm of reaction with verification according to morphometric criteria of individual morphotypes.

Materials and methods

Materials and methods. Comparative morphological study of histogenesis of endodermal derivatives of the lungs of rats at critical periods of intrauterine development – late embryogenesis (day 14 of gestation), and late fetogenesis (day 20 of gestation) was performed using morphometric identification of plane parameters and a complex of plane form factors of epithelial structures of the lung. Morphometric studies were carried out in the Morphometer program on semi-thin sections of the rat lung.

Results

Results. Two critical stages of histogenesis of entodermal beginnings of fetal lungs are described – pseudoglandular and canalicular. The options of discordance of individual development within the response norm are justified. The lungs of the fetus at the pseudoglandular stage and the canalicular stage show significant fluctuations in the plane values of the pulmonary parenchyma, the presence in different individuals of variants of the plane values of entodermal derivatives, which indicated individual morphotypes of the development of the rat lung. At the pseudoglandular stage, in fetus with type I, called “compact”, the total area of the tubular system and the total perimeter are significantly inferior (p<0.001) to the same indicators of the lung II morphotype, designated as “air”. The values of one tubule (the outer perimeter, its area, the dimensions of the X-projection and Y-projection, the length of the epithelial tubes) in type I, on the contrary, are significantly larger than in type II (p<0.01). Among form factors, reliable differences have elongation (FE), squareness (FQ) and equivalent radius (FR) (p<0.01), less significant compactness (FF) and roundness (FC) (p<0.05). The discordance of development is established by a number of reliable values at the stage of late fetogenesis: the area of the tubule (p<0.01), the area of the epithelium of the preacinar department (p<0.001), the value of the outer perimeter of the tubule, the length and, to a lesser extent, the width of the tubule (p<0.05) significantly exceed such type II indicators. In this regard, the dimensions of X- and Y-projections for type I are also increased (p<0.05).

Conclusion

Conclusion. As a result of morphological studies, the development of entodermal derivatives of pulmonary parenchyma at the pseudoglandular stage (day 14 of gestation) and the canalicular stage (day 20 of gestation) in rat fetus was verified; morphometric criteria for assessing the histogenesis of entodermal parenchyma units at critical stages of development have been introduced; comparative analysis of morphometric indices of different individuals in gestation dynamics; individual variants of two morphotypes are objectified – “compact-I” and “air-II” in the process of histogenesis of the fetal lungs.

легкие крысвнутриутробное развитиеморфометрическая оценкапсевдожелезистая стадияканаликулярная стадияrat lungsintrauterine developmentmorphometric assessmentpseudoglandular stagecanalicular stageReferencesЖмеренецкий К.В., Сазонова Е.Н., Воронина Н.В., Томилка Г.С., Сенькевич О.А., Гороховский В.С., Дьяченко С.В., Кольцов И.П., Куцый М.Б. COVID-19: только научные факты // Дальневосточный медицинский журнал. 2020. №1. С.5–22. https://doi.org/10.35177/1994-5191-2020-1-5-22Zhmerenetsky K.V., Sazonova E.N., Voronina N.V., Tomilka G.S., Senkevich O.A., Gorokhovskiy V.S., Dyachenko S.V., Koltsov I.P., M.B. Kutsiy M.B. COVID-19: scientific facts only. Far Eastern Medical Journal 2020; (1):5–22 (in Russian). https://doi.org/10.35177/1994-5191-2020-1-5-22Бобкова Н.В. Баланс двух ветвей РАС может препятствовать тяжелому течению СOVID-19 // Биологические мембраны. 2021. Т.38, №1. С.3–19. https://doi.org/10.31857/S0233475521010035Bobkova N.V. The balance between two branches of RAS can protect from severe COVID-19 course. Biochem. (Mosc) Suppl. Ser. A Membr. Cell Biol. 2021; 15(1):36–51. https://doi.org/10.1134/S1990747821010037Collins J.J.P., Tibboel D., de Kleer I.M., Reiss I.K.M., Rottier R.J. The Future of Bronchopulmonary Dysplasia: Emerging Pathophysiological Concepts and Potential New Avenues of Treatment // Front. Med. (Lausanne). 2017. Vol.4, Article number: 61. https://doi.org/10.3389/fmed.2017.00061Collins J.J.P., Tibboel D., de Kleer I.M., Reiss I.K.M., Rottier R.J. The Future of Bronchopulmonary Dysplasia: Emerging Pathophysiological Concepts and Potential New Avenues of Treatment. Front. Med. (Lausanne) 2017; 4: 61. https://doi.org/10.3389/fmed.2017.00061Di Bernardo J., Maiden M.M., Jiang G., Hershenson M.B., Kunisaki S.M. Paracrine regulation of fetal lung morphogenesis using human placenta-derived mesenchymal stromal cells // J. Surg. Res. 2014. Vol.190, Iss.1. P.255–263. https://doi.org/10.1016/j.jss.2014.04.013Di Bernardo J., Maiden M.M., Jiang G., Hershenson M.B., Kunisaki S.M. Paracrine regulation of fetal lung morphogenesis using human placenta-derived mesenchymal stromal cells. J. Surg. Res. 2014; 190(1):255–263. https://doi.org/10.1016/j.jss.2014.04.013Сокольник В.П. Молекулярные основы некоторых пороков развития легких // Медицинский журнал. 2018. №1. С. 46–50. URL: http://rep.bsmu.by/bitstream/handle/BSMU/18537/9..pdf?sequence=1&isAllowed=ySokolnik V.P. Molecular Basis of several lung malformations. Medtsinskiy zhurnal 2018; (1):46–50 (in Russian). Available at: http://rep.bsmu.by/bitstream/handle/BSMU/18537/9..pdf?sequence=1&isAllowed=yФурман Е.Г., Репецкая М.Н., Корюкина И.П. Поражение нижних дыхательных путей и легких при коронавирусной инфекции COVID-19 у детей и взрослых: сходства и отличия (обзор литературы) // Пермский медицинский журнал. 2020. Т.37, №2. С.5–14. https://doi.org/10.17816/pmj3725-14Furman E.G., Repetskaya M.N., Koryukina I.P. Lower airways and lungs affection in coronavirus infection COVID-19 among children and adults: similarities and differences (review of literature). Perm Medical Journal 2020; 37(2):5–14 (in Russian). https://doi.org/10.17816/pmj3725-14Hummler S.C., Rong M., Chen S., Hehre D., Alapati D., Wu S. Targeting glycogensynthase kinase-3β to prevent hyperoxia-induced lung injury in neonatal rats // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2013. Vol.48, №5. P.578–588. https://doi.org/10.1165/rcmb.2012-0383OCHummler S.C., Rong M., Chen S., Hehre D., Alapati D., Wu S. Targeting glycogensynthase kinase-3β to prevent hyperoxia-induced lung injury in neonatal rats. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2013; 48(5):578–588. https://doi.org/10.1165/rcmb.2012-0383OCХамчиев К.М., Исаева З.К., Сулейменова Ф.М., Сагимова Г.К., Адайбаев К.Т. Роль биологического моделирования болезней органов дыхания в условиях COVID-19: гистологическая картина здоровых и стресс-индуцированных легких // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020. №7. С.50–56. https://doi.org/10.17513/mjpfi.13100Khamchiev K.M., Isaeva Z.K., Suleymenova F.M., Sagimova G.K., Adaybaev K.T. Role of biological modeling of respiratory diseases in COVID-19 conditions: histological picture of healthy and stress-induced lungs. International Journal of Applied and Fundamental Research 2020; (7):50–56 (in Russian). https://doi.org/10.17513/mjpfi.13100Borisova E., Lovric G., Miettinen A., Fardin L., Bayat S., Larsson A., Stampanoni M., Schittny J.C., Schlepütz C.M. Micrometer-resolution X-ray tomographic full-volume reconstruction of an intact post-mortem juvenile rat lung // Histochem. Cell Biol. 2021. Vol.155. P.215–226. https://doi.org/10.1007/s00418-020-01868-8Borisova E., Lovric G., Miettinen A., Fardin L., Bayat S., Larsson A., Stampanoni M., Schittny J.C., Schlepütz C.M. Micrometer-resolution X-ray tomographic full-volume reconstruction of an intact post-mortem juvenile rat lung. Histochem. Cell Biol. 2021; 155:215–226. https://doi.org/10.1007/s00418-020-01868-8Warburtona D., Schwarz M., Tefft D., Flores-Delgado G., Anderson K.D., Cardoso W.V. The molecular basis of lung morphogenesis // Mech. Dev. 2000. Vol.92, Iss.1. P.55–81. https://doi.org/10.1016/s0925-4773(99)00325-1Warburtona D., Schwarz M., Tefft D., Flores-Delgado G., Anderson K.D., Cardoso W.V. The molecular basis of lung morphogenesis. Mech. Dev. 2000; 92(1):55–81. https://doi.org/10.1016/s0925-4773(99)00325-1Ржепецкая М.К. Генетические маркеры как показатель устойчивости человека к различным эколого-профессиональным факторам // Известия Российской военно-медицинской академии. 2017. Т.19, №4. С.6–13. https://doi.org/10.17816/brmma12418Rzhepetskaya M.K. Genetic markers as an indicator of human resilience to various ecological and professional factors. Bulletin of the Russian Military Medical Academy 2017; 19(4):6–13 (in Russian). https://doi.org/10.17816/brmma12418European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and Other Scientific Purposes. Strasbourg. 18.III.1986 (ETS №123). Аmended by Protocol (ETS №170) 02.12. 2005 and Treaty of Lisbon 01.12.2009. URL: https://rm.coe.int/168007a67bEuropean Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and Other Scientific Purposes. Strasbourg. 18.III.1986 (ETS №123). Аmended by Protocol (ETS №170) 02.12. 2005 and Treaty of Lisbon 01.12.2009. Available at: https://rm.coe.int/168007a67bУльянычев Н.В., Безрукова Т.В., Целуйко С.С. Автоматизированная система для научных исследований в физиологии и патологии дыхания. Благовещенск, 1988. 54 c.Ulyanychev N.V., Bezrukova T.V., Tseluyko S.S. Automated system for scientific research in physiology and pathology of respiration. Blagoveshchensk; 1988 (in Russian)Reardon S. Geneticists pan paper that claims to predict a persons fase from their DNA // Nature. 2017. Vol.549. P.139–140. https://doi.org/10.1038/nature.2017.22580Reardon S. Geneticists pan paper that claims to predict a persons fase from their DNA. Nature 2017; 549:139–140. https://doi.org/10.1038/nature.2017.22580Schittny J.C. Development of the lung // Cell Tissue Res. 2017. Vol.367, №3. Р.427–444. https://doi.org/10.1007/s00441-016-2545-0Schittny J.C. Development of the lung. Cell Tissue Res. 2017; 367(3):427–444. https://doi.org/10.1007/s00441-016-2545-0Khamchiev K.M., Shandaulov A.Kh., Ibraeva S.S., Ostanin A.A., Zhiyengalieva A.K. Morphological and functional changes of lungs with the complex effect of immobilization and hypothermia // International Journal of Management 2020. Vol.11, Iss.5. P.1417–1422. https://doi.org/10.34218/IJM.11.5.2020.134Khamchiev K.M., Shandaulov A.Kh., Ibraeva S.S., Ostanin A.A., Zhiyengalieva A.K. Morphological and functional changes of lungs with the complex effect of immobilization and hypothermia. International Journal of Management 2020; 11(5):1417–1422. https://doi.org/10.34218/IJM.11.5.2020.134Гордиенко Е.Н., Целуйко С.С. Сравнительный морфометрический анализ легкого эмбриона при общем охлаждении // Тихоокеанский медицинский журнал. 2015. №2. С.47–51.Gordienko E.N., Tseluiko S.S. Comparative morphometric analysis of fetal lung at a total cooling. Pacific Medical Journal 2015; (2):47–51 (in Russian).Tang J.R., Michaelis K.A., Nozik-Grayck E., Seedorf G.J., Hartman-Filson M., Abman S.H., Wright C.J. The NF-κB inhibitory proteins IκBα and IκBβ mediate disparate responses to inflammation in fetal pulmonary endothelial cells // J. Immunol. 2013. Vol.190, №6. P.2913–2923. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1202670Tang J.R., Michaelis K.A., Nozik-Grayck E., Seedorf G.J., Hartman-Filson M., Abman S.H., Wright C.J. The NF-κB inhibitory proteins IκBα and IκBβ mediate disparate responses to inflammation in fetal pulmonary endothelial cells. J. Immunol. 2013; 190(6):2913–2923. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1202670Cremona T.P., Hartner A., Schittny J.C. The Development of Integrin Alpha-8 Deficient Lungs Shows Reduced and Altered Branching and a Correction of the Phenotype During Alveolarization // Front. Physiol. 2020. Vol.21, №11. Article number: 530635. https://doi.org/10.3389/fphys.2020.530635Cremona T.P., Hartner A., Schittny J.C. The Development of Integrin Alpha-8 Deficient Lungs Shows Reduced and Altered Branching and a Correction of the Phenotype During Alveolarization. Front. Physiol. 2020; 21(11):530635. https://doi.org/10.3389/fphys.2020.530635

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