ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ РЕСНИЧЕК МЕРЦАТЕЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ БРОНХОВ ПРИ ОСМОТИЧЕСКОМ СТРЕССЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ IN VITRO

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.

гипоосмотический стимул, осмотический стресс, мерцательный эпителий бронхов, двигательная активность ресничек мерцательного эпителия

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.2010.01.013

13. Grace 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.12538

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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/cs0640449

18. Mall 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.2007.0659

19. 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.

20. 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.200607-931OC

21. Satir 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.69.040705.141236

22. 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.

23. 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.00107.2004

24. Yaghi A., Dolovich M.B. Airway Epithelial Cell Cilia and Obstructive Lung Disease // Cells. 2016. Vol.5, №4. Р.40. doi:10.3390/cells5040040

25. 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.