Dynamics of morphometric and optical parameters of rat lymphocytes under the influence of copper-zinc pyrite ore

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Relevance. The study of changes in the morphological and optical parameters of the rat lymphocyte population under the influence of copper-zinc pyrite ore makes it possible to assess the state of the body’s immune system. Since the negative effects of body contact with heavy metal salts, which are part of copper-zinc pyrite ores, may occur in mining workers. The aim of the work was to study the morphometric and optical parameters (cell surface square, nucleus, cytoplasm, volume and optical density) of peripheral blood lymphocytes of rats under the influence of copper-zinc pyrite ore. Materials and Methods . In this work, using computer morphometry in a chronic experiment, the dimensional parameters of lymphocytes and their structures, as well as the optical properties of these cells in rats exposed to copper-zinc pyrite ore, were studied. At the same time, the volume of lymphocytes was calculated from the histograms of distribution represented by a hematological analyzer. In the experiment, 70 inbreding male rats of three to four months of age (average weight 210.5 ± 10.5 g) were used. In accordance with the timing of exposure to copper-zinc pyrite ore, the rats were divided into several groups. Blood counts were analyzed on a hematology analyzer Vet Exigo 19 (Sweden). Morphometric parameters of lymphocytes were determined by computer morphometry on peripheral blood smears stained according to Romanovsky - Giemse using the MEKOS-C2 soft automatic microscopy complex (Russia) installed as part of the functions for smear analysis on the AXIO Lab.A1 microscope (ZEISS, Germany). Results and Discussion. The analysis of histograms of the distribution of lymphocytes by square and volume demonstrated the predominance of small and medium-sized cells in the population. On the 30th day of the experiment, an increase in volume was observed, and on the 45th day, the square of lymphocytes. The increase in the square of the nucleus and the decrease in its optical density occurring during all periods of the experiment was obviously due to the conversion of heterochromatin into active euchromatin, and the decrease in the size of the cytoplasm was due to a decrease in its metabolic activity. Conclusions . It can be assumed that the revealed rearrangements were associated with adaptive processes under the action of ore on the body of rats.

Full Text

Введение

В ряде работ, проведенных в последнее десятилетие с помощью метода компьютерной морфометрии, установлено, что такие показатели лимфоцитов периферической крови, как диаметр, периметр и площадь, отражают не только морфологические особенности клеток, но и их функциональную активность [1]. Это позволило использовать диагностическую морфометрию для оценки иммунного статуса организма, в частности при остром миелоидном лейкозе и при апластической анемии [2, 3]. Другим информативным морфофункциональным показателем клеток является их объем, для измерения которого используется кондуктометрический метод. Определение объема с помощью данного метода проводится в условиях, приближенных к естественному кровотоку, где клетки принимают свой­ственные их физиологическому состоянию форму.

Преимущество описанных методов состоит в возможности оценить состояние не только отдельных клеток, но и в целом популяции лимфоцитов, представляющих собой совокупность клеточных форм, отличающихся друг от друга и по микроструктуре, и по функции. Так, установлено, что основную массу клеток у здоровых лиц составляют субпопуляции малых и средних лимфоцитов, включающих преимущественно Т-хелперы (95 % от общего числа циркулирующих клеток) и цитотоксические Т-лимфоциты (около 50 %) [4]. Незначительное количество клеток, обладающих крупными размерами, представлено незрелыми тимоцитами и натуральными киллерами [5]. Достоинство компьютерной морфометрии заключается в том, что, исследуя оптические свой­ства лимфоцитов, наряду с размерными показателями, можно получить информацию об особенностях химического состава клетки и состоянии клеточных структур.

Анализ динамики морфометрических и оптических параметров, объективно отражающей процессы перестройки клеточных звеньев иммунной системы, позволяет оценивать ее состояние при действии различных внешних и внутренних факторов [1]. При этом изменение диапазона варьирования размерных показателей лимфоцитов свидетельствует о нарушении иммунореактивности организма и развитии патологических процессов при воздействии на организм неблагоприятных факторов среды [1, 6]. В связи с этим большое прикладное значение имеет изучение морфометрических свой­ств лимфоцитов периферической крови лабораторных животных под воздействием солей тяжелых металлов, входящих в состав руд, с которыми контактируют работники горнодобывающих предприятий. Так, в исследовании Власовой Н.В. и Масягутовой Л.М. и др. было зафиксировано увеличение количества лейкоцитов и, в частности, лимфоцитов более чем в 2 раза у работников предприятия по добыче медно-цинковых колчеданных руд (МЦКР) [7]. В Башкортостане имеется 3 крупных месторождения, основным продуктом которых является МЦКР, в их составе обнаруживается около 60 вредных примесей, в том числе и соли тяжелых металлов, такие как мышьяк, сурьма, ртуть, фтор и другие [7].

Целью данной работы являлось исследование морфометрических и оптических параметров лимфоцитов (площадь поверхности клетки, ядра, цитоплазмы, объем и оптическая плотность) периферической крови крыс под воздействием медно-цинковой колчеданной руды.

Материалы и методы

Влияние МЦКР на гематологические параметры проведено на 70 белых нелинейных крысах-самцах в возрасте 3–4 мес., массой 210,5 ± 10,5 г. Продолжительность опыта составила 60 дней. В зависимости от срока интоксикации МЦКР было сформировано 6 групп: контрольная и 5 опытных. В подопытных группах в течение 10, 20, 30, 45 и 60 суток крысам перорально вводили водную суспензию руды (доза 600 мг/кг массы тела) [8]. Все эксперименты были выполнены в соответствии с Женевской конвенцией «Internetional Guiding Principals for Biomedical Involving Animals» (Geneva, 1990), а также Хельсинской декларацией Всемирной Медицинской Ассоциации о гуманном отношении к животным (редакция 2000 г.). Исследование было одобрено локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет» Минздрава РФ, протокол № 5 от 13.09.2017.

Для содержания животных использовали стандартные клетки (n = 6) со свободным доступом к воде и пище при средней температуре воздуха в виварии 24 ± 2 °C в соответствии с правилами СП 2.2.1.3218 и с Директивой 2010/63/EU по охране животных, используемых в научных целях. Взятие периферической крови из хвостовой вены и эвтаназию животных путем декапитации проводили под эфирным наркозом [9].

Образец руды был предоставлен Учалинским горно-обогатительным комбинатом. Морфометрические параметры лимфоцитов определяли методом компьютерной морфометрии в мазках периферической крови, окрашенных по Романовскому – ­Гимзе, с помощью комплекса автоматической микроскопии МЕКОС-Ц2 софт (Россия), установленного в составе функций для анализа мазков на микроскопе AXIO Lab.A1 (ZEISS, Германия). При просмотре мазков крови для подсчета лейкоцитарной формулы визуально определяли типы лейкоцитов, создавали базу их изображений и после сортировки осуществляли передачу данных в MS Excel. На основе подсчета в каждом образце площади двухсот клеток строили гистограммы распределения, которые позволили учитывать не только средние величины показателей, но и параметры распределения, а также соотношение долей клеток разного размера.

При анализе цитологических изображений изучали оптическую плотность цитоплазмы и ядра лимфоцитов. Для оценки параметров оптической плотности применяли распределение гистограммы яркости по объекту с помощью показателя удельной оптической плотности (УОП). УОП измерялась в трех спектральных диапазонах видеокамеры — синем (УОПс), зеленом (УОПз), красном (УОПк), окраска определялась цветом тех лучей, которые вещество поглощало. Суммарная оценка спектрального диапазона отражает степень функциональной активности клетки. Для определения интегральной оптической плотности цитоплазмы выполнялся расчет индекса оптической плотности (ИОП) и удельная суммарная оптической плотности (УСОП) — (УСОП  =  УОПК +УОПЗ + УОПС), в усл. ед. Оптической плотности по каждой из трех компонентов спектра соответствовала своя область поглощения [10].

Количество и объем лимфоцитов крыс изучали на ветеринарном полуавтоматическом гематологическом анализаторе Vet Exigo 19 (Швеция). Средний объем лимфоцитов (MLV) и асимметрию распределения (As) лимфоцитов рассчитывали по гистограммам распределения, предоставляемых гематологическим анализатором [11]. На их основе составлялись интервальные вариационные ряды данных и рассчитывались средний объем лимфоцитов и As.

Полученные данные обрабатывались с использованием математического пакета Statistica 12 (StatSoft, США). Для оценки статистической значимости различий выборок использовали непараметрические критерии Манна–­Уитни и Краскела–Уоллиса. Рассчитывали: медиану распределения клеток по объему (Ме), интерквартильные размахи (Q1; Q3) и асимметрию распределения. Различия считали статистически значимыми при p<0,05. Оценку связей осуществляли с помощью непараметрического коэффициента корреляции Спирмена.

Результаты и обсуждение

Гистограммы распределения лимфоцитов крыс по площади, занимаемой клетками на стекле (SL), и объему (MLV) в исходном состоянии крыс на разных сроках эксперимента представлены на рис. 1.

Кривым распределения клеток по площади и объему в контроле и с 10‑х суток эксперимента была свой­ственна островершинность (положительный эксцесс) и положительная As, проявляющаяся в сдвиге вершины распределения влево от ее центра вследствие наличия длинного «хвоста» в области больших величин показателей.

Исходя из сопоставления гистограмм SL и MLV отмечалось характерное совпадение этих кривых распределения. Во все сроки исследования максимум в гистограммах распределения по объему и площади приходился на 60 фл и мкм2, соответственно, за исключением 45‑х суток. В контроле доля относительно мелких клеток (до 60 мкм2, фл) составляла 48 %, а средних (до 90 мкм2, фл) — 43 %, то есть в сумме на них приходилось более 90 % от всех циркулирующих клеток. Характер кривых распределения в первые сроки эксперимента изменился незначительно. На 30‑е сутки, судя по гистограммам SL и MLV, происходил сдвиг вершины влево (As по площади в контроле составила 0,73 ± 0,08, на 30‑е сутки — 2,99 ± 0,10; As по объему в контроле — 0,80 ± 0,09, на 30‑е сутки — 0,85 ± 0,08 соотвественно), обусловленный возрастанием в общей популяции доли более крупных клеток. Средняя площадь клеток статистически значимо не изменилась (Табл. 1), но при этом произошло достоверное возрастание объема клеток на 8 %.

Таблица 1
Показатели лимфоцитов крыс, подвергнутых воздействию медно-цинковой колчеданной руды, Ме (Q1; Q3)

Показатели

Контрольная группа

Опытная группа 10 дней

Опытная группа 20 дней

Опытная группа 30 дней

Опытная группа 45 дней

Опытная группа 60 дней

Количество лимфоцитов  (х109 клеток/л)

10,45  (9,10; 12,50)

14,55  (10,85; 18,00)*

11,40  (10,50; 14,20)

12,20  (10,80; 14,60)

16,80  (9,80; 18,80)*

13,50  (10,20; 16,50) *

 Средний объем лимфоцитов, фл

65 (55; 80)

60 (40; 80)*

65 (55; 70)

70 (65; 90)*

60 (60; 65) *■⏺

65,00 (65; 65) ⏺▲

 Средняя площадь лимфоцитов, мкм2

65,00  (52,00; 79,00)

64,00  (51,00; 76,00)

63,00  (49,00; 79,00)

63,00  (51,00; 78,00)

73,00  (60,00; 86,00) *△

62,00  (54,00; 74,00)

 Средняя площадь цитоплазмы, мкм2

20,00  (14,00; 27,00)

13,00  (9,00; 19,00)*

10,00  (5,00; 18,00)*△

14,00  (10,00; 25,00)*■

15,00  (10,00; 25,00)*■

13,00  (7,00; 20,00)*■

 Средняя площадь ядра, мкм2

44,00  (35,00; 53,00)

48,00  (37,00; 59,00)*

52,00  (40,00; 65,00)*△

47,00  (38,00; 55,00)*■

54,00  (44,00; 66,00)*△⏺

 48,00  (42,00; 58,00)*

 Ядерно-клеточное отношение

 0,68 (0,62; 0,74)*

0,78

(0,69; 0,84) *

0,84

(0,74; 0,91)*△■

0,75

(0,64; 0,81)*■■

0,78

(0,68; 0,86)*■⏺

0,79

(0,69; 0,89) *■⏺

 Ядерно-цитоплазматическое отношение

 2,13  (1,62;2,86)

 3,54  (2,27,5,44) *

5,12

(2,82;10,33) *△

3,0

(1,81; 4,33) *△■

3,65

(2,08;6,27) *■

3,72

(2,20;7,80) *■⏺

Примечание: * — статистически значимое отличие показателя опытной группы по отношению к значению контрольной группы крыс (р < 0,05); △ — к 10‑дневной опытной группы крыс (р < 0,05); ■ — к 20‑дневной опытной группы крыс (р < 0,05); ⏺ — к 30‑дневной опытной группы крыс (р < 0,05); ▲ — к 45‑дневной опытной группы крыс (р < 0,05).

 Table 1
Lymphocyte counts of rats exposed to copper-zinc pyrite ore, Me (Q1; Q3)

 Indicators

Control group

Experimental group 10 days

Experimental group 20 days

Experimental group 30 days

Experimental group 45 days

Experimental group 60 days

 Number of lymphocytes (x109 cells/l)

10.45  (9.10; 12.50)

14.55  (10.85; 18.00)*

11.40  (10.50; 14.20)

12.20  (10.80; 14.60)

16.80  (9.80; 18.80)*

13.50  (10.20; 16.50) *

 Average volume of lymphocytes, fl

65 (55; 80)

60 (40; 80)*

65 (55; 70)

70 (65; 90)*

60 (60; 65) *■⏺

65.00 (65; 65) ⏺▲

 The average area of lymphocytes, mm2

65.00  (52.00; 79.00)

64.00  (51.00; 76.00)

63.00  (49.00; 79.00)

63.00  (51.00; 78.00)

73.00  (60.00; 86.00) *△

62.00  (54.00; 74.00)

 The average area of the cytoplasm, microns 2

20.00  (14.00; 27.00)

13.00  (9.00; 19.00)*

10.00  (5.00; 18.00)*△

14.00  (10.00; 25.00)*■

15.00  (10.00; 25.00)*■

13.00  (7.00; 20.00)*■

 Average core area, mm2

44.00  (35.00; 53.00)

48.00  (37.00; 59.00)*

52.00  (40.00; 65.00)*△

47.00  (38.00; 55.00)*■

54.00  (44.00; 66.00)*△⏺

 48.00  (42.00; 58.00)*

 The nuclear-cellular relationship

 0.68 (0.62; 0.74)*

0.78

(0.69; 0.84) *

0.84

(0.74; 0.91)*△■

0.75

(0.64; 0.81)*■■

0.78

(0.68; 0.86)*■⏺

0.79

(0.69; 0.89) *■⏺

 The nuclear-cytoplasmic relationship

 2.13  (1.62;2.86)

 3.54  (2.27.5.44) *

5.12

(2.82;10.33) *△

3.0

(1.81; 4.33) *△■

3.65

(2.08;6.27) *■

3.72

(2.20;7.80) *■⏺

Note: * — statistically significant difference in the indicator of the experimental group in relation to the value of the control group of rats (p < 0.05); △ — to the value of the 10‑day experimental group of rats (p < 0.05); ■ — to the value of the 20‑day experimental group of rats (p < 0.05); ⏺ — to the value of the 30‑day experimental group of rats (p < 0.05); ▲ — to the value of the 45‑day experimental group of rats (p < 0.05).

На 45‑е сутки форма гистограммы распределения по объему, согласно средней величине и As (0,77 ± 0,06), вернулась к исходному состоянию (в контроле), проявляясь в уменьшении «хвоста» распределения в области высоких значений. Но при этом было выявлено смещение вершины кривой SL в сторону больших величин (73 мкм2) и симметричности гистограммы. Таким образом, вслед за изменением соотношения долей клеток по площади произошло увеличение среднего размера, при этом доля клеток среднего размера (75 и 90 мкм2) составила более 50 % по сравнению с остальными сроками, в которых доля средних клеток не выходила за пределы 43 %. Следует отметить на этом сроке возросло количество лимфоцитов в циркуляции (Табл. 1).

Изучение внутриклеточных параметров — площадь ядра и цитоплазмы (Табл. 1) показало, что площадь, занимаемая ядром, достоверно увеличивалась по сравнению с контролем во все сроки эксперимента. Динамика площади цитоплазмы имела обратную тенденцию: начиная с 10‑х суток произошло ее значимое уменьшение, и в последующие сроки средняя площадь цитоплазмы лимфоцитов оказалась достоверно ниже значений в контроле (на 10‑е сутки уменьшилась на 35 %, на 20‑е сутки — на 50 %, на 30‑е сутки — на 30 %, на 45‑е сутки — на 25 %, на 60‑е сутки — на 35 % соответственно). При этом уменьшение площади цитоплазмы, как показывает сравнение ядерно-цитоплазматического отношения, происходило на фоне увеличения доли, занимаемой ядром, при неизменной площади клетки. Исключение составляла картина на 45‑е сутки, когда было зафиксировано максимальное значение общей поверхности клетки, обусловленное достоверным увеличением площади ядра по сравнению с контролем и предыдущими сроками исследования (на 10‑е сутки увеличение произошло на 9 %, на 20‑е сутки — на 18 %, на 30‑е сутки — на 7 %, на 45‑е сутки — на 23 %, на 60‑е сутки — на 9 % соответственно).

Наибольшее статистически значимое изменение индекса поляризации, характеризующей степень эллиптичности объекта, распластанного на стекле, происходило на 30‑е и 45‑е сутки по сравнению с контролем (контроль — 0,09 (0,05; 0,15), на 30‑е сутки — 0,14 (0,08; 0,23), на 45‑е сутки — 0,14 (0,09; 0,22) при (p < 0.05)). В эти сроки клетки приобретали наименее симметричную форму с дальнейшим восстановлением до контрольных величин на 60‑е сутки (0,09 (0,06; 0,14), при (p < 0.05)). Примечательно, что в эти сроки имели место различия между показателями площади и объема лимфоцитов (на 30‑е сутки MLV составил 70 фл, SL — 63 мкм2; на 45‑е сутки MLV — 60 фл, SL — 73 мкм2; на 60‑е сутки MLV — 65 фл, SL — 62 мкм2 соответственно).

Особый интерес представляет анализ параметров, характеризующих оптические свой­ства цитоплазмы и ядра (Табл. 2).

Таблица 2
Оптические показатели лимфоцитов крыс, подвергнутых воздействию медно-цинковой колчеданной руды, Ме (Q1; Q3)

 Показатели

 Контрольная группа

 Опытная группа 10 дней

 Опытная группа 20 дней

 Опытная группа 30 дней

 Опытная группа 45 дней

 Опытная группа 60 дней

Интегральная оптическая плотность цитоплазмы, усл.ед.

0,39  (0,27; 0,51)

0,18  (0,13; 0,29)*

0,13  (0,06; 0,21)*△

0,31  (0,17; 0,49)*△■

0,23  (0,13; 0,37) *■⏺

0,17  (0,08; 0,26) *⏺▲

Удельная суммарная

оптическая плотность цитоплазмы, усл.ед.

1,20  (0,97;1,48)

0,87*  (0,75;1,02)

0,82*  (0,65;1,03)

1,07*△■

(0,82;1,63)

1,04*△■ (0,80;1.30)

0,78*△⏺▲  (0,62;0,98)

Удельная оптическая плотность ядра по красной компоненте, усл.ед

1,28  (1,07;1,52)

0,92*  (0,77; 1,15)

0,74 *△ (0,60;0,95)

 1,05*△■  (0,83; 1,29)

0,71 *△⏺ (0,63;0,84)

0,74 *△⏺ (0,59;0,84)

Удельная оптическая плотность ядра по зеленой компоненте, усл.ед

 1,74 (1,34;2,10)

 0,82*  (0,69; 1,00)

 0,59 *△  (0,50;0,76)

 1,34 *△■  (0,94;1,90)

 0,56*△⏺  (0,48;0,67)

 0,71 *△■⏺▲ (0,58;0,86)

 Удельная оптическая плотность ядра по синей компоненте, усл.ед

 0,47 (0,33;0,61)

 0,16 *  (0,13;0,21)

 0,11 *△ (0,08;0,15)

 0,38 *△■  (0,18;0,58)

 0,10 *△⏺  (0,07;0,14)

 0,15*■⏺▲  (0,12;0,19)

Примечание: * — статистически значимое отличие показателя опытной группы по отношению к значению контрольной группы крыс (р < 0,05);  △ — к 10‑дневной опытной группы крыс (р < 0,05); ■— к 20‑дневной опытной группы крыс (р < 0,05); ⏺ — к 30‑дневной опытной группы крыс (р < 0,05); ▲ — к 45‑дневной опытной группы крыс (р < 0,05).

 Table 2
Optical parameters of lymphocytes of rats exposed to copper-zinc pyrite ore, Ме (Q1; Q3)

 Indicators

Control group

Experimental group 10 days

Experimental group 20 days

Experimental group 30 days

Experimental group 45 days

Experimental group 60 days

 Integral optical density of the cytoplasm, conventional units

0.39  (0.27; 0.51)

0.18  (0.13; 0.29)*

0.13  (0.06; 0.21)*△

0.31  (0.17; 0.49)*△■

0.23  (0.13; 0.37) *■⏺

0.17  (0.08; 0.26) *⏺▲

 The specific total

optical density of the cytoplasm, conventional units

1.20  (0.97;1.48)

0.87*  (0.75;1.02)

0.82*  (0.65;1.03)

1.07*△■

(0.82;1.63)

1.04*△■ (0.80;1.30)

0.78*△⏺▲  (0.62;0.98)

 Specific optical density of the core according to the red component, conventional units

1.28  (1.07;1.52)

0.92*  (0.77; 1.15)

0.74 *△ (0.60;0.95)

 1.05*△■  (0.83; 1.29)

0.71 *△⏺ (0.63;0.84)

0.74 *△⏺ (0.59;0.84)

 Specific optical density of the core according to the green component, conventional units

 1.74 (1.34;2.10)

 0.82*  (0.69; 1.00)

 0.59 *△  (0.50;0.76)

 1.34 *△■  (0.94;1.90)

 0.56*△⏺  (0.48;0.67)

 0.71 *△■⏺▲ (0.58;0.86)

 Specific optical density of the core according to the blue component, conventional units

 0.47 (0.33;0.61)

 0.16 *  (0.13;0.21)

 0.11 *△ (0.08;0.15)

 0.38 *△■  (0.18;0.58)

 0.10 *△⏺  (0.07;0.14)

 0.15*■⏺▲  (0.12;0.19)

Note: * — statistically significant difference in the indicator of the experimental group in relation to the value of the control group of rats (p < 0.05); △ — to the value of the 10‑day experimental group of rats (p < 0.05); ■ — to the value of the 20‑day experimental group of rats (p < 0.05); ⏺ — to the value of the 30‑day experimental group of rats (p < 0.05); ▲ — to the value of the 45‑day experimental group of rats (p < 0.05).

Информативная ценность изучения оптических свой­ств заключается в том, что они отражают особенности протекания метаболизма в исследуемых клетках в норме и при патологических процессах. В результате исследования было выявлено снижение оптической плотности цитоплазмы во все сроки эксперимента по сравнению с контролем, свидетельствуя о снижение вязкости цитоплазмы (табл. 2). При этом установлена прямая корреляция суммарной оптической плотности цитоплазмы с ее площадью (r  =  0,57 в контроле, r = 0,56 на 10‑е сутки, r = 0,52 на 20‑е сутки, r = 0,69 на 30‑е сутки, r = 0,59 на 45‑е сутки, r = 0,77 на 60‑е сутки). Поскольку величина показателя преломления непосредственно зависит от функционального состояния внутриклеточных структур, можно предположить, что наблюдаемые в ходе эксперимента уменьшение площади и оптической плотности цитоплазмы по сравнению с контролем обусловлено снижением ее функциональной активности под воздействием руды (на 10‑е сутки площадь цитоплазмы уменьшилась на 35 % и удельная суммарная оптическая плотность цитоплазмы на 27,5 %; на 20‑е сутки — на 50 % и 31,7 %; на 30‑е сутки — на 30 % и 10,8 %; на 45‑е сутки — на 25 % и 13,3 %; на 60‑е сутки — на 35 % и 35 % соответственно по сравнению с контролем).

Во все сроки эксперимента обнаруженное нами увеличение размера ядра сочеталось со снижением оптической плотности по всем спектральным диапазонам (Табл. 2), свидетельствуя о преобразовании внутриядерной структуры клетки.

Известно, что размеры и форма ядра определяются не столько количеством ДНК, сколько модификацией хроматина [12], при этом увеличение площади ядра обусловлено, главным образом, превращением гетерохроматина в эухроматин [13]. Учитывая, что переход гетерохроматина в более рыхлую форму эухроматина сопровождается повышением площади ядра и клетки, изменения оптических свой­ств ядра во все сроки исследования можно расценивать как отражение изменения плотности упаковки хроматина, то есть трансформации неактивного гетерохроматина в активный эухроматин. Соответственно, максимальная активность ядра приходилась на 45‑е сутки, проявляясь в минимальной величине оптической плотности в наибольшем размере ядра и клетки в целом.

Проведенное исследование показало, что интоксикация организма крыс, возникающая при воздействии МЦКР, сопровождалась увеличением количества лимфоцитов, изменением их морфометрических и оптических параметров. Полученные данные соответствовали сведениям из литературных источников о том, что основную долю циркулирующих клеток составляют мелкие и средние лимфоциты [5]. Судя по форме гистограмм площади и объема клеток, на 30‑е и 45‑е сутки в популяции лимфоцитов происходило перераспределение в сторону увеличения доли более крупных клеток, сочетаясь на 45‑е сутки с возрастанием их количества. Проанализировав морфометрические показатели, можно заключить, что значимое возрастание SL на 45‑е сутки соответствовало наиболее выраженному увеличению размера ядра, при этом размер цитоплазмы значимо не отличался. Сопоставив этот факт с увеличением численности клеток в этот срок, можно допустить, что популяция лимфоцитов, поступающих в циркуляцию, пополнялась за счет клеток с увеличенным ядром. Согласно литературным источникам пополнение популяции клетками более крупного размера возможно за счет незрелых тимоцитов и естественных киллеров [4, 5, 14]. Аналогичные изменения состава популяции лимфоцитов периферической крови под влиянием витамина А наблюдались у норок, у которых были выявлены большие гранулярные лимфоциты, относящиеся к естественным киллерам [15]. Внутрипопуляционная перестройка лимфоцитов и появление групп клеток с разной площадью и объемом, может свидетельствовать о развитии иммунной реакции организма на воздействие токсических веществ руды [1]. Уточнить информацию о характере наблюдаемых процессов позволило изучение внутриклеточных компонентов.

Динамичными и объективными показателями состояния клетки являются размер и оптическая плотность ядра [12]. Их динамика отражает не только модификацию хроматина, но и состояние цитоскелета, ядерной мембраны, осмолярность клетки [12, 16]. При активации клетки претерпевает конформационные превращения структурная упорядоченность хроматина, в результате которых изменяются его оптические свой­ства [17, 18]. В силу этого обнаруженное в эксперименте увеличение размера ядра, сочетающиеся со снижением его оптической плотности, может свидетельствовать об изменении под влиянием МЦКР степени конденсации хроматина и соответственно усилении матричной активности ДНК [12, 19].

Наряду с увеличением размера ядра под действием МЦКР руды происходило снижение оптической плотности и площади цитоплазмы. При этом выявилась положительная корреляция между этими показателями. Учитывая, что величина показателя преломления непосредственно зависит от концентрации химических компонентов внутриклеточного вещества и состояния клеточных органоидов, можно предположить, что при интоксикации рудой снижается функциональное состояние цитоплазматических структур и обменных процессов [20].

Выводы

Исходя из представлений о том, что морфометрические параметры объективно отражают функциональное состояние лимфоцитов, можно говорить о перестройке клеточных звеньев иммунной системы под влиянием МЦКР. Выявленное увеличение размеров ядра и уменьшение его оптических свой­ств указывает на модификацию хроматина, а именно переход гетерохроматина в более рыхлую форму эухроматина, при этом оптическая плотность цитоплазмы и ее площадь в этот период уменьшается, что связано с ослаблением метаболической активности цитоплазмы. Следовательно, структурно-функциональные преобразования в популяции лимфоцитов, направленных на адаптацию организма к действию МЦКР, затрагивают ядерный аппарат, но не реализуются на уровне цитоплазматических процессов.

×

About the authors

Albina R. Nikitina

Bashkir State Medical University

Author for correspondence.
Email: nikitina.albinar@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8186-8204
SPIN-code: 5421-8308
Ufa, Russian Federation

Klara R. Ziyakaeva

Bashkir State Medical University

Email: nikitina.albinar@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3923-2736
SPIN-code: 3834-5307
Ufa, Russian Federation

Aliya F. Kayumova

Bashkir State Medical University

Email: nikitina.albinar@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1983-1392
SPIN-code: 3949-6591
Ufa, Russian Federation

Valentina G. Shamratova

Bashkir State Medical University

Email: nikitina.albinar@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7633-4264
SPIN-code: 7073-4431
Ufa, Russian Federation

References

  1. Vatazin AV, Vasilenko IA, Valov AL, Metelin VB, Kruglov EE, Calman AYA. Vital computer morphometry of lymphocytes in the diagnosis of acute renal allograft rejection. Vestnik transplantologii i iskusstvennyh organov. 2009;11(4):18—25. (In Russian).
  2. Pogorelov VM, Dyagileva OA, Lugovskaya SA, Kozinec GI. Principles and possibilities of standardization of morphocytochemical diagnosis of acute leukemia. Klinicheskaya laboratornaya diagnostika. 2006;7:20—22. (In Russian).
  3. SHishina R.N., Rahmanova D.F., Potapova S.G., Mukova L.A., Krasnikov A.V., Pogorelov V.M. Morphometric characteristics of lymphocytes in aplastic anemia. Gematologiya i transfuziologiya: Medicina. 2009;54(2):19—22. (In Russian).
  4. Yoon J, Jo Y, Kim MH, Kim K, Lee S, Kang SJ, Park Y. Identification of non-activated lymphocytes using three-dimensional refractive index tomography and machine learning. Sci Rep. 2017;7(1):6654. doi: 10.1038/s41598-017-06311y
  5. Davydkin IL, Fyodorova OI, Zaharova NO, Seleznyov AV. Computer morphometry of peripheral blood lymphocytes in patients with pneumonia of various ages. Vliyanie ekologii na vnutrennie bolezni. 2010. P. 1737—1741. (In Russian).
  6. Lanicheva AH, Semchenko VV, Sosnovskaya EV, SHarafutdinova LA. Reorganization of the peripheral blood lymphocytic profile in rats in the posttraumatic period. Medicinskij vestnik Bashkortostana. 2023;18(3):45—50. (In Russian).
  7. Vlasova NV, Masyagutova LM, Aralbaev HF, Hajrullin RU, Ivanova RSH. Changes in hematological parameters in mining workers. Medicina truda i ekologiya cheloveka. 2020;3(23):21—28. doi: 10.24412/2411-3794-2020-10303. (In Russian).
  8. Ziyakaeva KR, Kayumova AF. Сhanges in erythron of experimental rats under influence of pyrite ore. Conference Series: Earth and Environmental Science. Сonference proceedings. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations; 2019 nov 13—14; Krasnoyarsk, Russia. Krasnoyarsk: 2020. p. 182—183. doi: 10.1088/1755-1315/421/5/052026. (In Russian).
  9. Ziyakaeva KR, Kayumova AF, SHamratova VG. Dysregulatory shifts in the red blood system during prolonged intoxication with copper-zinc pyrite ore (experimental study). Medicina truda i promyshlennoj ekologii. 2021;61(4):224—230. (In Russian). doi: 10.31089/1026-9428-2021-61-4-224-230
  10. Bondar’ TP, Ishkova NM, El’kanova AB. The study of the densitometric characteristics of peripheral blood eosinophils in diseases of an infectious and allergic nature. Science. Innovation. Technologies. 2011;74:5—13. (In Russian).
  11. Ayupova AR, Ziyakaeva KR, Kayumova AF, SHamratova VG, Samohodova OV, Fazlyahmetova MYA. The relationship between the number and parameters of the distribution of volumes of rat leukocytes under the influence of copper-zinc pyrite ore. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2023;3:60—65. (In Russian). doi: 10.17513/spno.32599
  12. Areshidze DA. Mechanisms of maintenance and changes in the shape and size of the cell nucleus (review). Morfologicheskie vedomosti. 2022;3:73—80. (In Russian).
  13. Novoderzhkina YUK, Karashtin VV, Morukov BV. Morphometric parameters of peripheral blood lymphocytes in conditions of 120‑day antiorthostatic hypokinesia. Klinicheskaya laboratornaya diagnostika. 1996;1:40—41. (In Russian).
  14. Semenkov VF, Miroshnichenko IV, Stolpnikova VN, Levashova TV. Age-related immunodeficiency and its correction. A Guide to Gerontology. SHabalina VN, editor. Moscow: Citadel’-trejd: 2005. (In Russian).
  15. Baishnikova IV, Uzenbaeva LB, Ilyuha VA. Blood leukocytes and morphometric parameters of lymphocytes at different doses of vitamins A and E in American mink (neovison vison). Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2018;(12):125—132. (In Russian). doi: 10.17076/eb906
  16. Smetana K, Mikulenková D, Karban J, Trněný M. RNA Concentration and Content in the Nucleoli and Cytoplasmic Rim in Differentiating Lymphocytes of Patients Suffering from B Chronic Lymphocytic Leukaemia — a Cytochemical Note. Folia Biol (Praha). 2022;68(1):40—44.
  17. Gasparyan SA, Popova OS, Vasilenko IA, Hripunova AA, Metelin VB. Assessment of the phenotype of interphase nuclei of lymphocytes by quantitative phase imaging (Qpi) in patients with ovarian endometrioid cysts. Al’manah klinicheskoj mediciny. 2017;45(2):109—117. (In Russian). doi: 10.18786/2072-0505-2017-45-2-109-117
  18. Sustretov AS, Bogush VV, Guseva OS, Il’yasov PV, Limareva LV. Comparison of methods of modulation interference microscopy, DNA spectrometry, DNA cytometry and flow cytofluorometry in the assessment of phytohemagglutinin-induced activity of human blood lymphocytes. Al’manah klinicheskoj mediciny. 2021;49(6):412—418. (In Russian). doi: 10.18786/2072-0505-2021-49-054
  19. Spagnol ST, Armiger TJ, Dahl KN. Mechanobiology of chromatin and the nuclear interior. Cell Mol Bioeng. 2016;9(2): 268—276. doi: 10.1007/s12195-016-0444-9.
  20. Kim K, Guck J. The Relative Densities of Cytoplasm and Nuclear Compartments Are Robust against Strong Perturbation. Biophys J. 2020;119(10):1946—1957. doi: 10.1016/j.bpj.2020.08.044.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig.1. Histograms of the distribution of the square and volume of lymphocytes of rats exposed to copper-zinc pyrite ore

Download (176KB)

Copyright (c) 2025 Nikitina A.R., Ziyakaeva K.R., Kayumova A.F., Shamratova V.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.