Metody. Badania świetlno-mikroskopowe. Materiał

Transkrypt

1 Nowiny Lekarskie 2009, 78, 5 6, EWA DWOJAK 1, MONIKA SEGET 1, ANNA BICZYSKO-MURAWA 2, AGATA BŁASZCZYK 1, WIESŁAWA BICZYSKO 1, PRZEMYSŁAW MAJEWSKI 1 WYKŁADNIKI MORFOLOGICZNE OSTREGO USZKODZENIA PŁUC U SZCZURA WYWOŁANE DUŻYMI DAWKAMI DYMU TYTONIOWEGO ACUTE MORPHOLOGIC CHANGES IN RAT LUNGS AFTER EXPOSURE TO HIGH DOSES OF TOBACCO SMOKE 1 Katedra Patomorfologii Klinicznej Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Kierownik Katedry: prof. dr hab. med. Przemysław Majewski 2 Klinika Stomatologii Zachowawczej i Periodontologii Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Kierownik: prof. dr hab. n. med. Janina Stopa Streszczenie Wstęp. W publikacjach dotyczących odległych skutków palenia dowiedziono, iż najczęstszymi skutkami nałogu są nowotwory płuc, krtani, przewodu pokarmowego, uzależnienie prowadzi także do miażdżycy naczyń, zawałów serca i innych skutków narządowych. Zaledwie w kilku publikacjach przedstawiono zmiany powstające po krótkotrwałym używaniu tytoniu. Cel pracy. Określenie zmian w strukturze płuca po krótkotrwałej ekspozycji na dym tytoniowy. Metodyka. Jako model badawczy użyto szczurów rasy Wistar inhalowanych w komorach toksykologicznych dawką dymu papierosowego zawierającego 1000 mg/m 3 tlenku węgla, 8 godzin dziennie, pięć dni w tygodniu, przez 3 tygodnie. Materiał oceniono w mikroskopie świetlnym i w kolumnie transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Wyniki. Uzyskano liczne dowody ostrego uszkodzenia niedotlenieniem i przekrwieniem biernym w obszarze dróg oddechowych i miąższu płucnego. Zaobserwowano obkurczenie ścian oskrzeli prowadzące do zwężenia światła, w świetle znaczne ilości śluzu, w którym występowały złuszczone nabłonki, erytrocyty, makrofagi, zmiany w komórkach urzęsionych i produkujących śluz. W rzęskach brakowało wewnętrznych ramion dyneiny, rozmieszczenie mikrotubul było nieprawidłowe. Pod nabłonkiem ogniskowo znajdowano szeregi komórek odczynu zapalnego oraz nieprawidłowo położone naczynia włosowate błony śluzowej oskrzela. W pęcherzykach płucnych występowało poszerzenie przegród międzypęcherzykowych, wywołane zastojem krwi. Skutkiem tego były liczne uszkodzenia błon komórkowych nabłonków przegród, przesięki/wysięki w okołonaczyniowych przestrzeniach chłonnych. W pęcherzykach płucnych znajdowały się wynaczynione erytrocyty. Potwierdzeniem toczących się patologicznych zmian w miąższu płucnym były komórki szeregu białokrwinkowego. Wnioski. Przeprowadzone badania dowiodły, iż krótkotrwałe inhalowanie dymu tytoniowego wywołuje: 1. zmiany w strukturze miąższu płucnego, 2. zaburza prawidłowe funkcjonowanie komórek, prowadząc do skurczu dróg oddechowych, upośledzenia ich drożności, 3. wywołuje zastój w naczyniach krwionośnych, powodując przesięki, wysięki, rozpad komórek nabłonka płucnego, zwiększenie liczby pneumocytów II typu. SŁOWA KLUCZOWE: palenie papierosów, drogi oddechowe szczura. Summary Introduction. Negative impact of tobacco use has been reported for a century. Majority of reports emphasize results of long term smoking habit. The most known negative consequence of smoking is cancerogenesis and development of atherosclerosis. There are only few published studies regarding short term smoking of tobacco. Aim. Analysis of changes in upper and lower respiratory tracts after exposure to short term inhalation of tobacco smoke. Technique. Wistar rats were inhaling tobacco smoke containing 1000 mg/m 3 of carbon monoxide for 8 hours a day, 5 days a week for 3 weeks in specially controlled toxicological chamber. Subsequently all parts of respiratory tracts were examined. Results. Results indicated acute hypoxic and congestive changes in bronchial mucosa and lung parenchyma. Bronchial wall contractions lead to diminishment of its lumen, accompanied by large accumulation of mucous with detached epithelial cells, RBC and macrophages. Both ciliated and mucus producing cells were changed. Some cilia did not have dynein arms and its microtubules were singlet instead of doublets. WBC were present in extra cellular spaces and capillaries broadened. In lung parenchyma broadening of inter-alveolar septa by enlarged congested septal capillaries often were been observed. Transudation/ exudation, broadening of lymphatic spaces and lysis of single cells were observed. Single RBC, lymphocytes, neutrophiles and numerous macrophages in alveolar lumen were present. Conclusions. Results revealed that short lasting inhalation of tobacco smoke induced pathologic changes in lungs. Upper airways contraction and improper removal of redundant mucus changed the airways' normal function. Congestion of peripheral part of pulmonary vessel leads to hypoxia, transudation/exudation, cell lysis and increased production of lung surfactant. KEY WORDS: tobacco smoke, rat airways.

2 282 Ewa Dwojak i inni Wstęp Palenie papierosów stanowi główną przyczynę chorób w tym nowotworów wielu tkanek i narządów, zwłaszcza układu oddechowego. Wśród występujących szczególną uwagę zwracają raki płuc, przewlekłe zapalenie oskrzeli, przewlekła obturacyjna choroba płucna, astma oskrzelowa, przewlekła restrykcyjna choroba płucna i predyspozycje do zachorowania na gruźlicę. Zmiany zachodzą również w innych układach i narządach. W wielu przypadkach dochodzi do niezdolności wykonywania zawodu. Jest to druga, co do częstości występowania przyczyna przedwczesnych zgonów na świecie [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. Mimo szeroko propagowanej wiedzy o szkodliwości palenia tytoniu, nałóg ten jest niezwykle rozpowszechniony na każdym kontynencie [2, 10]. Tylko w Polsce codziennie zaczyna palić około 500 nieletnich chłopców i dziewcząt, a rocznie liczba ta dochodzi do 180 tysięcy. Porównując te dane ze statystykami ogólnoświatowymi czytamy, iż codziennie na świecie po papierosy sięga około 4400 dzieci, a liczba palących sięga blisko 1,3 miliarda, z czego blisko 50% stanowią dorośli mężczyźni, a 12% kobiety [10]. Główne zagrożenie związane z paleniem papierosów wiąże się ze składem dymu papierosowego. Jest on heterogenicznym aerozolem, wytwarzanym podczas niepełnego spalania tytoniu, składającym się z fazy cząsteczkowej i gazowej, która stanowi 92 95% masy dymu papierosowego. Fazy te powstają w strefie żarzenia się wałka tytoniowego, którego temperatura osiąga 900 C. W obecności bardzo wysokiej temperatury spalania niektóre składowe tytoniu przechodzą termiczny rozkład (pirolizę), inne są ponownie wiązane w nowe związki kompleksowe w procesie pirosyntezy. Wykryto również takie substancje, które przechodzą do dymu papierosowego w postaci niezmienionej [2, 8, 17]. W dymie papierosowym zostało zidentyfikowanych ponad 4000 substancji, które w zależności od sposobu działania na organizm podzielono na związki toksyczne, drażniące, ciliotoksyczne, czyli substancje blokujące aktywność szeregu enzymów odechowych, a także ruch rzęsek w komórkach wyściełających drogi oddechowe, kokancerogeny nie mające właściwości rakotwórczych, lecz wzmacniające ten proces w przypadku wystąpienia nawet śladowych ilości właściwych kancerogenów, kancerogeny, czyli substancje bezpośrednio rakotwórcze, inicjatory nowotworzenia substancje odpowiedzialne za proces powstawania adduktów DNA w materiale genetycznym poszczególnych komórek [8, 17]. Z farmakologicznego punktu widzenia najbardziej czynnym składnikiem dymu tytoniowego jest nikotyna. Stanowi ona około 97% wszystkich alkaloidów tytoniu. Wdychana wraz z dymem papierosowym dostaje się do płuc, gdzie zachodzi proces szybkiej jej absorpcji do pęcherzyków płucnych. Stąd nikotyna przedostaje się do pęcherzykowych naczyń krwionośnych i przenoszona jest z krwią do serca a następnie do mózgu i pozostałych narządów i tkanek. Dostawszy się do naczyń mózgowych wiąże się do receptorów stymulując uwalnianie hormonów: adrenaliny, noradrenaliny, hormonu antydiuretycznego. Nikotyna działa bezpośrednio na komórki zwojowe układu sympatycznego i parasympatycznego oraz na połączenia nerwowo-mięśniowe; w małych dawkach ułatwia przekazywanie impulsów nerwowych, w większych blokuje, a w odpowiednio dużych paraliżuje przekazywanie impulsów. Niewielkie dawki mogą wpływać stymulująco na ośrodkowy układ nerwowy, podnosić aktywność układu oddechowego i naczynio-ruchowego. Większe dawki mogą powodować nudości, wymioty, osłabienie, biegunkę, kołatanie serca, omdlenie [8, 17]. Papierosy zawierają 6 11 mg nikotyny, z których palacz absorbuje średnio 1 3 mg. Przeciętny palacz paczki papierosów dziennie absorbuje mg nikotyny każdego dnia osiągające w godzinach popołudniowych stężenie w osoczu ng/ml [18]. Drugim bardzo istotnym zagrożeniem dla zdrowia jest znajdujący się w dymie papierosowym tlenek węgla. Jego wysokie powinowactwo do hemoglobiny krwi (210 razy większe niż tlenu) powoduje powstanie karboksy- Tabela 1. Podział substancji dymu papierosowego w zależności od sposobu ich działania (oceniona liczba preparatów: 77) Table 1. Division of substances in cigarette smoke depending on how they work (estimated number of preparations: 77) grupa substancji toksyczne drażniące ciliotoksyczne kokancerogeny kancerogeny inicjatory nowotworów związki należące do danej grupy nikotyna, tlenek węgla, cyjanowodór, amoniak, tlenki azotu akroleina, tlenek siarki, amoniak, formaldehyd cyjanowodór, akroleina, aldehyd octowy, formaldehyd formaldehyd, piren, fluoroanten, naftaleny, katechol benzen, dwumetylonitrozoamina, hydrazyna, chlorek winylu, etylometylonirozoamina, dwuetylonitrozoamina toluen, fenol, uretan

3 Wykładniki morfologiczne ostrego uszkodzenia płuc u szczura wywołane dużymi dawkami dymu tytoniowego 283 hemoglobiny, co w dużym stopniu obniża transport tlenu w układzie krwionośnym i może prowadzić do niedotlenienia wielu tkanek i narządów wrażliwych na brak tlenu. Procentowa zawartość karboksyhemoglobiny u palaczy wynosi od 2 do 15%, przeciętnie wartość ta waha się w okolicy 5%, podczas gdy u niepalących poziom ten jest bliski 1% Ze względu na temat pracy poniżej zajmę się szczegółowym opisem budowy histologicznej miąższu płucnego oraz wyściółki górnych dróg oddechowych. Właściwym miejscem wymiany gazowej są pęcherzyki płucne o średnicy około μm. Wypełnione są one powietrzem dopływającym przez drogi oddechowe. Każdy pęcherzyk posiada cienką ścianę i opleciony jest gęstą siecią naczyń włosowatych oraz włóknami sprężystymi odpowiedzialnymi za elastyczność całej tkanki płucnej. U człowieka występuje około 300 mln pęcherzyków płucnych o ogólnej powierzchni wynoszącej u dorosłego około 75 m 2. Poszczególne pęcherzyki oddzielone są od siebie przegrodami międzypęcherzykowymi, zbudowanymi z tkanki łącznej wiotkiej, zawierającej bardzo liczne naczynia włosowate. Przegroda międzypęcherzykowa jest od strony światła pęcherzyków pokryta nabłonkiem I i II typu. W tkance łącznej przegrody występują włókna kolagenowe i sprężyste oraz liczne komórki pochodzenia mezenchymalnego: fibroblasty, miofibroblasty, komórki mięśniowe gładkie, makrofagi oraz komórki tuczne. Sąsiadujące pęcherzyki często komunikują się ze sobą poprzez otwór pęcherzykowy. Uważa się, że rola otworu polega na wyrównaniu różnic w ciśnieniu powietrza w poszczególnych pęcherzykach. Ściana pęcherzyka płucnego zbudowana jest z nabłonka oddechowego odgraniczonego od naczynia błoną podstawną, w skład którego wchodzą trzy typy komórek nazywanych pneumocytami. Poza tym licznie występują związane z nabłonkiem makrofagi płucne. Pneumocyty typu I, czyli komórki pęcherzyków oddechowych płaskie, wyściełają około 90% powierzchni pęcherzyków płucnych i odpowiedzialne są za wymianę gazową między krwią a powietrzem. Mają one małe jądra, cytoplazma ich jest bardzo rozpłaszczona, grubość komórki poza okolicą jądrową wynosi około 0,1 0,2 μm. W okolicy jądra znajdujemy nieliczne mitochondria, aparat Golgiego oraz słabo wykształconą siateczkę śródplazmatyczną. W mikroskopie elektronowym dodatkowo wykazano, iż sąsiadujące ze sobą pneumocyty tworzą połączenia typu zamykającego, przez co stanowią ciągłą błonę odgraniczającą powietrze znajdujące się w pęcherzykach od przegrody międzypęcherzykowej. Pneumocyty typu II, czyli komórki pęcherzyków oddechowych duże, zlokalizowane są przeważnie w miejscach niekontaktujących się z naczyniami włosowatymi. Stanowią one najliczniejszą populację komórkową w nabłonku wyściółki pęcherzyków, wynoszącą około 60%. Komórki te mają nieregularny kształt zbliżony do sześcianu z dużym, okrągłym jądrem. Na powierzchni komórki zwróconej do światła pęcherzyka występują mikrokosmki. Cytoplazma bogata jest w organelle: występują liczne mitochondria, dobrze wykształcona siateczka śródplazmatyczna ziarnista oraz aparat Golgiego. Widuje się również mikrociałka zawierające peroksydazę. Charakterystyczną cechą pneumocytów typu II jest występowanie w ich cytoplazmie osmofilnych ziarnistości blaszkowatych o średnicy od 0,2 do 1 μm, otoczonych błoną, zwanych ciałkami blaszkowatymi. Ciałka blaszkowate zawierają między innymi fosfolipidy, których głównym składnikiem jest dwupalmitynian fosfatydylocholiny. Fosfolipidy te wraz z białkami i węglowodanami tworzą czynnik powierzchniowy, zwany inaczej surfaktantem. Surfaktant zbudowany jest z lipidów i białek. Białka surfaktantu to SPA i SPD, które są hydrofilnymi molekułami oraz hydrofobowe SPB i SPC. Z lipidów najważniejszym składnikiem jest dwupalmitynian fosfatydylocholiny. Z powierzchnią nabłonka pęcherzyków płucnych styka się bezpośrednio hipofaza wodna. Pomiędzy wolną powierzchnią błony komórkowej a surfaktantem znajduje się warstwa wody (hipofaza) zawierająca także niewielkie ilości albumin pochodzących z osocza. Hipofaza pokryta jest cienką warstwą czynnika przeciwniedodmowego, zbudowaną głównie z dwupalmitynianu fosfatydylocholiny i białęk surfaktantu. Uważa się, że produkcja surfaktantu jest główną funkcją pneumocytu typu II, choć zaobserwowano, iż komórki te są także zdolne, choć w ograniczonym zakresie, do fagocytozy oraz wydzielania cytokin. Surfaktant ma właściwości detergentu, co oznacza, że zmniejsza on napięcie powierzchniowe pęcherzyków płucnych. Zapobiega to zapadaniu się pęcherzyków płucnych w czasie wydechu. Pneumocyty typu II mogą dzielić się mitotycznie i są prekursorami pozostałych typów pneumocytów występujących w nabłonku pęcherzyków płucnych. Pneumocyt typu III, czyli komórka pęcherzykowa szczoteczkowata, jest to komórka bardzo rzadko występująca w nabłonku wyściełającym pęcherzyki płucne. Na powierzchni pneumocytów typu III, zwróconej do światła pęcherzyka płucnego, występują liczne mikrokosmki zawierające mikrofilamenty osiowe, które często penetrują cytoplazmę. W bliskim kontakcie z mikrofilamentami występują w cytoplazmie liczne pęcherzyki otoczone błoną trójwarstwową, zawartość tych pęcherzyków nie jest znana. W cytoplazmie pneumocytów typu III występuje poza tym owalne jądro komórkowe, liczne mitochondria oraz dobrze wykształcony aparat Golgiego, natomiast siateczka sródplazmatyczna jest słabo wykształcona. Cytoplazma tych komórek jest bogata w glikogen. Ponieważ zaobserwowano połączenia pomiędzy pneumocytami typu III a neurytami włókien czuciowych, sugeruje się, że komórki te pełnią funkcję chemoreceptorów. Na terenie pęcherzyków płucnych, wewnątrz nabłonka płucnego i przegród międzypęcherzykowych występują makrofagi płucne. Można wyróżnić dwie ich populacje. Makrofagi pęcherzykowe są komórkami, które po przejściu z tkanki łącznej przegród międzypęcherzykowych układają się na wewnętrznej powierzchni pęcherzyków płucnych. Mogą one przemieszczać się między

4 284 Ewa Dwojak i inni pneumocytami a warstwą surfaktantu. Komórki te spełniają dwie funkcje: eliminują nadmiar surfaktantu gromadzący się w wyniku ciągłej produkcji przez pneumocyty typu II, oraz fagocytują zanieczyszczenia dostające się do pęcherzyków płucnych, mimo mechanizmów oczyszczających, znajdujących się w drzewie oskrzelowym. Makrofagi mogą wędrować na powierzchnie nabłonka oddechowego oskrzelików i wraz z wydzieliną oskrzelową zostają przesunięte do oskrzeli, tchawicy, krtani i gardła. Makrofagi śródmiąższowe znajdują się w przegrodach międzypęcherzykowych, gdzie przybierają często wydłużony lub gwiaździsty kształt. W stosunku do makrofagów pęcherzykowych zawierają znacznie mniej lizosomów. Obie populacje makrofagów pełnią funkcję obronną w przypadkach infekcji i stanów zapalnych tkanki płucnej. Mogą się przemieszczać do naczyń limfatycznych i tą drogą do węzłów chłonnych. Płuca otacza worek opłucnowy zbudowany z dwóch blaszek: zewnętrznej i wewnętrznej, pomiędzy którymi znajduje się wąska przestrzeń jamy opłucnowej wypełniona niewielką ilością płynu. Obie blaszki mają charakter łącznotkankowych błon pokrytych od strony jamy opłucnowej nabłonkiem jednowarstwowym płaskim nazywanym mezotelium [19, 20]. Cel pracy Z przedstawionego we wstępie piśmiennictwa wynika, iż wiedza dotycząca odległych skutków palenia papierosów u ludzi palących długotrwale jest w znacznej mierze stabilizowana i wiele informacji tworzy wiedzę podręcznikową. Współcześnie prowadzone badania dotyczące odległych skutków palenia ogniskują się głównie na wpływach poszczególnych grup substancji chemicznych, powstających w procesie palenia, na genom komórek narażonych na długotrwały kontakt z przedstawionymi we wstępie środkami chemicznymi. W odróżnieniu od cytowanych wyżej chorób występujących u wieloletnich palaczy, nie ma prac skupiających się się na krótkotrwałym uszkodzeniu dymem tytoniowym. Do badań zaplanowanych w przedstawionej pracy jako obiekt doświadczalny wybrano układ oddechowy szczurów, poddany krótkotrwałej ekspozycji miernie dużą dawką (1000 mg/m 3 ) dymu tytoniowego. Należy się spodziewać, iż w zaprojektowanym modelu doświadczalnym dojdzie do uszkodzeń komórek nabłonka. Nieznane są informacje dotyczące podatności różnych grup nabłonka na uszkodzenia dymem tytoniowym. Materiał Materiał i metody Materiał do badań stanowiły całe płuca pobrane od 20 około 6-tygodniowych samic szczurów rasy Wistar inhalowanych w komorach toksykologicznych miernie dużą dawką dymu papierosowego zawierającego 1000 mg/m 3 tlenku węgla, 8 godzin dziennie przez pięć dni w tygodniu, przez okres 3 tygodni. Jako kontroli użyto płuc pobranych od 2 szczurów również rasy Wistar, które nie były wystawione na działanie dymu tytoniowego, a ich wiek, warunki hodowli oraz czas obserwacji były identyczne jak w przypadku szczurów poddanych doświadczeniu. Metody Pobrany materiał zabezpieczono w utrwalaczu wg Karnowskiego i przeprowadzono zatapiając w żywicach epoksydowych. Z bloczków eponowych sporządzono preparaty półcienkie, które wstępnie oceniono badaniem świetlno-mikroskopowym, a także preparaty ultracienkie, które poddano ocenie w kolumnie transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Od każdego zwierzęcia po pobraniu materiału do badań w mikroskopie elektronowym pozostały utrwalono w 4% buforowanej formalinie, następnie zatopiono w parafinie i po skrojeniu barwiono metodą H+E. Wyniki Badania świetlno-mikroskopowe Grupa kontrolna Badana grupa kontrolna została poddana analizie w mikroskopie świetlnym. Oceniano materiał pochodzący od dwóch zwierząt, z których wykonano bloczki do oceny świetlno- I elektronowo-mikroskopowej. Badania dotyczyły małych oskrzeli, oskrzelików i płuc. Płuca zwierząt miały strukturę pęcherzykową, przegrody międzypęcherzykowe były prawidłowe, sporadycznie pogrubiałe i/lub poprzerywane. Morfologicznie obraz płuc kontrolnych odpowiadał normie. Grupa badana Analizie poddano siedemdziesiąt siedem skrawków wykonanych z bloczków eponowych pobranych od dwudziestu szczurów. Spośród siedemdziesięciu siedmiu badań tylko w 35 stwierdzono obecność oskrzeli z tkanką okołooskrzelową. W większości przypadków ściana oskrzela była obkurczona, błona śluzowa pokryta nabłonkiem walcowatym tworzyła liczne wyraźne pofałdowania (fot. 1), niekiedy zaobserwowano w niej wykładniki obrzęku z obecnością komórek szeregu białokrwinkowego (fot. 3). Tylko w jednym przypadku błona śluzowa właściwa była znacznie skolagenizowana (fot. 2). U tego samego badanego uwidoczniono nierówno rozłożone komórki urzęsione nabłonka walcowatego wielorzędowego migawkowego (fot. 2). W dziewięciu ocenianych badaniach w świetle oskrzela widoczny był śluz oraz zatopione w nim makrofagi, sporadycznie w obrębie śluzu znajdowały się nieliczne erytrocyty (fot. 1, 2, 3).

5 Wykładniki morfologiczne ostrego uszkodzenia płuc u szczura wywołane dużymi dawkami dymu tytoniowego 285 Fot. 1. Przekrój poprzeczny przez oskrzele. W świetle oskrzela widoczny śluz (ś) z makrofagami (m). Ściana oskrzela obkurczona, błona śluzowa pokryta nabłonkiem walcowatym (e) tworzy liczne wyraźne pofałdowania (f). W obrębie śluzu znajdują się pojedyncze erytrocyty (RBC). Obrys światła oskrzela wypełniony śluzem dość regularny, owalny, co świadczyć może o obecności czynnika przeciwniedodmowego. Pow. około 1000 x Picture 1. Cross section of the bronchus. In light of the bronchi visible mucus (ś) with macrophages (m). Bronchial wall shrunked, mucous membrane covered with cylindrical epithelium (e) creates a number of distinct undulations (f). In mucus there are single erythrocytes (RBC). Bronchus filled with mucus quite regular, oval, what can indicate the presence of surface active agent. Magnification about 1000 x Fot. 2. Fragment przekroju poprzecznego przez duże oskrzele z widoczną dużą ilością śluzu (ś) w jego świetle oraz licznymi makrofagami (m) znajdującymi się w śluzie. Wielorzędowy jednowarstwowy nabłonek migawkowy (e) ma nierówno rozłożone komórki urzęsione. Błona śluzowa właściwa jest znacznie skolagenizowana (k) a komórki mięśniówki śluzówki obrzmiałe (mc). Pow. około 1000 x Picture 2. A part of transverse cross-section through large bronchus showing a lot of mucus (ś) in its light, and numerous macrophages (m) located in the mucus. Stratified ciliated epithelium (e) manifests unevenly spread ciliated cells. In the mucous membrane note collagen (k) and mucosa muscular coat cells are oedematous (mc). Magnification about 1000 x Fot. 3. Fragment przekroju poprzecznego przez oskrzele zawierające w swoim świetle śluz (ś) oraz makrofagi z ziarnistościami (m). Pod nabłonkiem w rejonie błony śluzowej właściwej widoczne są obszary obrzęku (o) i liczne limfocyty (L). W górnej prawej części zdjęcia uwidocznione naczynie niezawierające krwinek czerwonych (n) oraz fragment pęcherzyków płucnych (pp) z wynaczynioną krwinką czerwoną (RBC) w świetle. Pow. około 1000 x Picture 3. A part of the transverse cross-section through bronchus containing mucus in its light (ś) and macrophages with granules (m). Under the epithelium in the region of the mucous membrane areas of edema (o) and numerous lymphocytes (L) are visible. In the upper right part of the picture note blood vessel containing no red blood cells (n) and a piece of the alveoli (pp) with extravasated red blood cell (RBC) in the lumen. Magnification about 1000 x Budowę płuca oceniono we wszystkich siedemdziesięciu siedmiu skrawkach. Struktura pęcherzyków płucnych w badanych preparatach nie była jednakowa. Niemal w 65% przypadków zaobserwowano znaczne pogrubienie przegród międzypęcherzykowych (fot. 7), jak również ich poprzerywanie, które dotyczyło 83% badań (fot. 6). Zmianom tym towarzyszyła zwiększona liczba pneumocytów II typu z licznymi ziarnistościami lamelarnymi i wakuolami lipidowymi (fot. 7). Wspomniana nieprawidłowość dotyczyła 50% badanych materiałów. Występowały także przegrody grube (fot. 7), ograniczające światło pęcherzyków, wskazujące na niedodmę płuc (fot. 7). Zaledwie w czterech preparatach struktura przegród była cienka, a tylko w jednym prawidłowa. W świetle pęcherzyków płucnych zaobserwowano wynaczynione krwinki czerwone, często o nieprawidłowych kształtach (fot. 4, 5), makrofagi, limfocyty i pojedyncze neutrofile. W siedemdziesięciu jeden badanych preparatach przekrój poprzeczny przez naczynia krwionośne o małym i dużym kalibrze uwidocznił znaczną liczbę krwinek czerwonych (fot. 4, 5, 7), w trzynastu z nich naczynia były nimi całkowicie wypełnione (fot. 7, 8). Sporadycznie, tylko w pięciu przypadkach, w okołonaczyniowej przestrzeni chłonnej znajdował się płyn przesiękowy, który powodował poszerzenie tej przestrzeni (fot. 4, 5). Stwierdzono obecność płynu obrzękowego w świetle pęcherzyków płucnych. Opisana nieprawidłowość dotyczyła sześciu badań (fot. 7).

6 286 Ewa Dwojak i inni Udokumentowano również występowanie licznych wakuoli w świetle naczyń krwionośnych. Można przypuszczać, iż jest to analogiczne zjawisko do występowania w osoczu naczyń włosowatych płuca reabsorbowanego płynu przesiękowego otoczonego czynnikiem przeciwniedodmowym (fot. 4). W dziewięciu preparatach, w ścianach przegród pęcherzyków płucnych i/lub w świetle pęcherzyka płucnego, stwierdzono makrofagi płucne obładowane wakuolami lipidowymi (fot. 8). do naczynia pęcherzyku płucnym (pp) dobrze widoczne są komórki nabłonka II typu. Naczynia włosowate (nw) w ścianach przegród międzypęcherzykowych wypełnione krwinkami czerwonymi (RBC). W świetle pęcherzyka płucnego (pp) wynaczynione erytrocyty (RBC). Pow. około 1000 x Picture 5. Transverse cross-section of vein (nż) with irregular light with much accumulated exudate/transudate fluid (pł) in the perivascular space. In the adjacent to the vessel alveolus (pp) type II epithelial cells are well visible. Capillaries (nw) in the walls of the septum filled with red blood cells (RBC). In lumen of the alveolus (pp) extravasated erythrocytes (RBC). Magnification about 1000 x Fot. 4. Przekrój poprzeczny przez naczynie tętnicze. W świetle naczynia widoczna znaczna liczba krwinek czerwonych (RBC) oraz osocze, w którym występują liczne wakuole (w). W chłonnej przestrzeni okołonaczyniowej obecny przesięk (p). Naczynia włośniczkowe (nw) w przegrodach międzypęcherzykowych wypełnione erytrocytami (RBC). Po lewej stronie zdjęcia fragment pęcherzyka płucnego (pp) z wynaczynioną krwinką czerwoną (RBC). Pow. około 1000 x Picture 4. Transverse cross-section of blood vessel. In lumen of the considerable number of vessels red blood cells (RBC) and plasm are visible, in which there are numerous vacuoles (w). In the perivascular lymphatic space transudate present (p). Capillary vessels (n) filled with erythrocytes (RBC). On the left side of the photo section of an alveolus (pp) with extravasation red blood cell (RBC). Magnification about 1000 x Fot. 6. Duże pola rozdętych pęcherzyków płucnych z poprzerywanymi przegrodami (rpp). W świetle naczyń widoczne krwinki czerwone (RBC). Pow. około 1000 x Picture 6. Large fields of dilated alveoli with broken septa (rpp). In lumen of the blood vessels note red cells (RBC). Magnification about 1000 x Fot. 5. Przekrój poprzeczny przez naczynie żylne (nż) o nieregularnym świetle ze znacznie nagromadzonym płynem wysięk/ przesięk (pł) w przestrzeni okołonaczyniowej. W przylegającym Fot. 7. Grube przegrody międzypęcherzykowe (pm). Liczne naczynia włosowate całkowicie wypełnione krwinkami czerwonymi (RBC) bez marginesu osocza. Światło pęcherzyków płucnych (pp) wskutek powiększenia przegród znacznie zmniejszone z widocznym płynem obrzękowym. Obraz odpowiada wyraźnej niedodmie pęcherzyków płucnych. W utkaniu przegród widoczne są liczne nabłonki II typu z cytoplazmą wypełnioną wakuolami lipidowymi lub ziarnistościami lipidowymi (pii). Pow. około 1000 x Picture 7. Thick septa (pm). Numerous capillaries completely filled with red blood cells (RBC) with no margin of plasma. Alveolar lumina (pp), shrinked due to swollen septa, contain oedema fluid. Note airlessness of the alveoli. In septa numerous epitheliums type II with cytoplasm filled with lipid vacuoles or lipid granules (pii) can be seen. Magnification about 1000 x

7 Wykładniki morfologiczne ostrego uszkodzenia płuc u szczura wywołane dużymi dawkami dymu tytoniowego 287

8 288 Ewa Dwojak i inni

9 Wykładniki morfologiczne ostrego uszkodzenia płuc u szczura wywołane dużymi dawkami dymu tytoniowego 289

10 290 Ewa Dwojak i inni Fot. 8. W szeregu pęcherzyków (pp) obecne są bardzo liczne makrofagi płucne obładowane wakuolami lipidowymi (m). Pow. około 1000 x Picture 8. In a series of alveoli (pp) there are numerous pulmonary macrophages loaded with lipid vacuoles (m). Magnification about 1000 x Wymienione nieprawidłowości w budowie płuca mogły występować pojedynczo w jednym preparacie lub w różnych kombinacjach kilka zaburzeń u jednego badanego. Opisane wyżej nieprawidłowości dotyczące struktury płuca zostały przedstawione w tabeli 2. Zaobserwowane zaburzenia w budowie płuc przedstawione w tabeli drugiej zostały zaprezentowane w tabeli trzeciej z uwzględnieniem częstości ich występowania w całym badanym materiale. Opisane wyżej nieprawidłowości znalazły potwierdzenie w preparatach zatopionych w parafinie i barwionych metodą H+E. Badania elektronowo-mikroskopowe Po analizie materiału w mikroskopie świetlnym do dalszej oceny w transmisyjnym mikroskopie elektronowym wybrano 11 badań. Opis struktury badanego materiału Ocenie poddano ultrastrukturę komórek nabłonka oskrzelowego i blaszki właściwej błony śluzowej oskrzeli. W większości przypadków badaniem mikroskopowo-elektronowym stwierdzono właściwą proporcje komórek urzęsionych w stosunku do pozostałych komórek nabłonka z prawidłową budową górnego bieguna komórek urzęsionych. Nieprawidłowości dotyczyły ich jąder, które umiejscowione były bliżej dolnego bieguna komórki, były nieregularne i miały szerokie obszary euchromatyny (fot. 9). W jednym badaniu zaobserwowano zmiany związane z lokalizacją i budową mitochondriów. Mitochondria były rozmieszczone w całej cytoplazmie komórki (fot. 9), miały obrzmiałą macierz, nierówne grzebienie i nie zawierały ziarnistości Pallady ego. W jednym analizowanym przypadku nieprawidłowo skonstruowany był układ sieci granicznej. Ciałka podstawne rzęsek były rozmieszczone nieregularnie lub były nieobecne (fot. 9). W nielicznych przypadkach zaobserwowano zaburzoną proporcję komórek kubkowych w stosunku do komórek urzęsionych. Komórki kubkowe występowały liczniej, w skupiskach po kilka. Szczegółowej analizie poddano cechy ultrastrukturalne budowy rzęsek. Najczęściej występującym zaburzeniem był brak ramion wewnętrznych dyneiny (fot. 10), nieprawidłowości związane z liczbą i rozmieszczeniem mikrotubul obwodowych i centralnych. W analizowanym materiale zaobserwowano zwiększenie i/lub zmniejszenie liczby mikrotubul, które często nie układały się w dublety (fot. 10). Sporadycznie znajdowano złuszczone komórki nabłonka oskrzeli leżące na powierzchni nabłonka lub w świetle oskrzela (fot. 9). Przedmiotem badań była również struktura miąższu płucnego. Tabela 3. Sumaryczne zestawienie zmian w strukturze płuca w badanym materiale z uwzględnieniem ich częstości (oceniana liczba preparatów: 77) Table 3. Summary of changes in lung structure in the material with respect to their frequency (estimated number of preparations: 77) zmiana w strukturze płuca krwinki w pęcherzykach krwinki w naczyniach przegrody poprzerywane przegrody grube przegrody pogrubiałe przegrody cienkie zwiększona liczba komórek II typu przesięk obrzęk makrofagi niedodma częstość występowania danej zmiany w całej grupie badanej 52 badania (68% badań) 71 badań (92% badań) 64 badania (83% badań) 20 badań (26% badań) 52 badania (64% badań) 4 badania (5% badań) 35 badań (45% badań) 5 badań (6% badań) 6 badań (8% badań) 9 badań (12% badań) 5 badań (6% badań)

11 Wykładniki morfologiczne ostrego uszkodzenia płuc u szczura wywołane dużymi dawkami dymu tytoniowego 291 Fot. 9. Fragment ściany oskrzela pokryty jest nabłonkiem walcowatym. Komórki nabłonka tworzą regularny szereg i znaczna ich część to komórki urzęsione (U). Górny biegun części komórek jest prawidłowo wykształcony, pod warstwą rzęsek znajdują się struktury sieci granicznej, w innych z tej grupy komórkach, brakuje części sieci granicznej a otoczka komórkowa jest uszkodzona ( ). Jedna z komórek urzęsionych ma dwa jądra (1). Na powierzchni nabłonka leży komórka wielojądrowa, w której segmenty jądra lub kilka jąder przylegają do siebie. Komórka ta charakterem odpowiadać może najprędzej makrofagowi (M). Do dolnego bieguna komórek nabłonkowych przylega regularna cienka błona podstawna, pod nią widoczne są pęczki kolagenu (K) i komórki mięśniowe gładkie (MG). TEM, pow. około 7000 x Picture 9. Some part of the bronchial wall is covered with cylindrical epithelium. Epithelial cells form a regular series and a significant proportion of the cells are ciliated cells (U). The upper pole of the cell is properly formed, under a layer of cilia there are structures of omentum line, in other cells of this group, missing parts of the omentum line and a cell s areola is damaged ( ). One of the ciliated cells has two nuclei (1). On the surface of epithelium there is a multinucleated cell, in which segments of the nucleus or few nuclei adhere to one another. This cell may closely resemble the macrophages (M). The lower pole of epithelial cells contacts a regular thin basement membrane, under it fascicule of collagen (K) and smooth muscle cells (MG) are visible. TEM, magnification about 7000 x Zaobserwowano pogrubiałe przegrody miedzypęcherzykowe (fot. 11, 13), zawarte w nich komórki II typu wypełnione były bardzo licznymi ziarnistościami lamelarnymi (fot. 11, 12, 13). Mitochondria niektórych z tych komórek były wyraźnie powiększone, ze zwiększoną ilością grzebieni mitochondrialnych (fot. 11, 12). W kilku przypadkach zaobserwowano komórki I, jak i II typu, podlegające dezintegracji (fot. 11, 12, 13), a struktury ich cytoplazmy uwalniały się do światła pęcherzyka płucnego (fot. 12). Badania mikroskopowo-elektronowe potwierdziły obecność dużej liczby krwinek czerwonych w świetle naczyń włosowatych (fot. 11, 12, 13), które niekiedy odwzorowywały ich kształt (fot. 11, 13). W dwóch przypadkach margines osocza naczyń był nieprawidłowy (fot. 13). Fot. 10. W poprzecznych przekrojach rzęsek widać, iż w przekrojach niższych ( ) mikrotubule występują w regularnych parach i nie mają ramion dyneiny, przekroje wyższych części rzęsek ( ) ujawniają nieregularne ułożenie mikrotubul, nieprawidłowe ułożone dublety, pojedyncze tubule w nieprawidłowych liczbach. TEM, pow. około x Picture 10. In transverse cross-sections of cilia the lower sections ( ) of microtubules are present in regular pairs and have no dynein arms, upper sections of the cilia ( ) show an irregular arrangement of microtubules, improperly arranged doublets, single tubules in abnormal numbers. TEM, magnification about x Równie rzadko stwierdzono obecność fragmentów czynnika przeciwniedodmowego w osoczu (fot. 11). Materiały czynnika przeciwniedodmowego znajdowały się także w świetle pęcherzyków płucnych (fot. 11). Zaledwie w kilku badaniach zaobserwowano płyn obrzękowy, który występował w naczyniach wypełniając przestrzeń pomiędzy śródbłonkiem a błoną podstawną, jak również obecny był w świetle pęcherzyka płucnego przylegając do powierzchni komórek nabłonka (fot. 11). W świetle pęcherzyka płucnego uwidoczniono także wynaczynione erytrocyty oraz przylegające do wolnej powierzchni nabłonka makrofagi. Sporadycznie w pęcherzykach znajdowano pojedyncze limfocyty i granulocyty obojętnochłonne.

12 292 Ewa Dwojak i inni Fot. 11. Fragment pogrubiałej przegrody międzypęcherzykowej. Na zdjęciu widać liczne przekroje naczyń włosowatych, w których znajdują się erytrocyty (RBC) oraz osocze, a w obszarach osocza fragmenty czynnika przeciwniedodmowego ( ). Materiały czynnika przeciwniedodmowego znajdują się także w świetle pęcherzyków płucnych ( ). W jednym z naczyń widoczny jest płyn obrzękowy zajmujący przestrzeń między śródbłonkiem a błoną podstawną (O). W ścianie widoczny jest także przekrój komórki nabłonkowej II typu (2), która zawiera bardzo liczne ziarnistości lamelarne i wyraźnie powiększone mitochondria o licznych grzebieniach. Nad wolną powierzchnią tej komórki przestrzeń pęcherzyków jest szparowata i nieomal do komórki przylega inny fragment przegrody międzypęcherzykowej, który zawiera znacznie poszerzone naczynie włosowate z obecnym w nim fragmentem czynnika przeciwniedodmowego. Komórki nabłonka pęcherzykowego I typu ogniskowo ulegają dezintegracji. W górnym prawym narożniku powierzchnia nabłonka z uwidocznionym skupiskiem czynnika przeciwniedodmowego tworzącym charakterystyczne krzyże maltańskie. TEM, pow. około x Picture 11. Part of thickened septum. The image shows several sections of the capillaries, which contain red blood cells (RBC) and plasma, and in areas of plasma fragments of surface active agent ( ). Materials of surface active agent are also in the lumina of the alveoli ( ). In one of the vessels oedema fluid occupying the space between the endothelium and basement membrane (O) is visible. In this wall cross-section of the epithelial cell type II (2) is also seen, which contains very large number of lamellar granules, and clearly larger mitochondria with numerous combs. Above the free surface of the cell the space of alveoli is slit-like and almost adjacent to another piece of septum with widened capillary presenting surface active agent. Alveolar epithelial cells type I focally disintegrate. In the upper right corner of picture note surface epithelium with visible center of note surface active agent, which creates characteristic maltese cross. TEM, magnification about x Fot. 12. Fragment przegrody międzypęcherzykowej pęcherzyka płucnego przedstawia degranulującą się do pęcherzyka komórkę nabłonkową II typu (2), w której cytoplazmie widoczne są także liczne ziarnistości lamelarne. W naczyniu włosowatym widać obszar osocza o małej gęstości elektronowej oraz duży fragment ziarnistości lamelarnej ( ). Między komórkami śródbłonka a błoną podstawną widoczne są trzy odwarstwienia śródbłonka od tejże błony podstawnej (O). TEM, pow. około x Picture 12. Piece of alveolar septum shows degranulation of epithelial cell type II to alveolar lumen (2), in which the cytoplasm contains numerous lamellar granules. In a capillary vessel note area of plasma with small electron density and a large piece of lamellar granules ( ). Between endothelial cells and basement membrane there are three detachments from the endothelial basement membrane (O). TEM, magnification about x Fot. 13. Fragment znacznie pogrubiałej przegrody międzypęcherzykowej z naczyniami włosowatymi wypełnionymi licznymi erytrocytami. Od strony światła pęcherzyka płucnego widoczny jest rozpad cytoplazmy komórki nabłonkowej I typu ( ). TEM, pow. około x Picture 13. Part of significantly thickened septum with capillaries filled with numerous erythrocytes. On the side of alveolar lumen note disintegration of cytoplasm epithelial cell of type I ( ). TEM, magnification about x

13 Wykładniki morfologiczne ostrego uszkodzenia płuc u szczura wywołane dużymi dawkami dymu tytoniowego 293 Podsumowanie wyników W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano liczne i dobrze logicznie ze sobą wiążące się dowody świadczące o ostrym uszkodzeniu niedotlenieniem i przekrwieniem w obszarze dróg oddechowych i miąższu płucnego. W części badanych preparatów w drogach oddechowych znaleziono wyraźne obkurczenie ściany oskrzeli prowadzące do zwężenia ich światła. W świetle oskrzeli (45%) stwierdzono dość znaczną ilość śluzu, w którym znajdowały się komórki nabłonkowe lub ich fragmenty, pojedyncze krwinki czerwone i makrofagi. W obszarze błon podstawnych pod nabłonkiem oskrzelowym nie zarejestrowano zmian. Natomiast były obecne zmiany w komórkach urzęsionych i w komórkach produkujących śluz. W komórkach urzęsionych ogniskowo występował obrzęk mitochondriów, nieprawidłowe ich ułożenie w cytoplazmie, zaburzenia w architekturze sieci granicznej i co najważniejsze zaburzenia budowy rzęsek. W rzęskach stwierdzano brak ramion wewnętrznych dyneiny i nieprawidłowości w układach mikrotubul. Obie te cechy zmian struktury rzęsek łączą się niedwuznacznie z ich dyskinezą (jest to razem ze skurczem oskrzeli powodem zalegania śluzu). Wobec tych zmian czynnościowo istotne są także znalezione w badanym materiale zaburzenia budowy komórek produkujących śluz, świadczące o niekompletnym opróżnianiu się komórek. Pod nabłonkiem ogniskowo znajdowano szeregi komórek odczynu zapalnego oraz nieprawidłowo położone naczynia włosowate błony śluzowej oskrzela. Opisane zmiany oskrzelowe wraz z wpływem nikotyny na komórki mięśniowe gładkie, tak oskrzeli, jak i naczyń krwionośnych, mogą być powodem rozpadu komórek nabłonkowych oskrzeli i aktywowania układu fagów jednojądrowych oraz neutrofili. Biorąc pod uwagę wiedzę dotyczącą odległych skutków palenia, opisane cechy uszkodzenia nabłonka dróg oddechowych, tworzą logiczny powód przyspieszonych cykli komórkowych w tej tkance. W odniesieniu do pęcherzyków płucnych uzyskane wyniki świadczą o kilku równolegle toczących się procesach czynnościowych, które w badanym materiale można było ocenić. Najbardziej oczywistą i w każdym badaniu widoczną zmianą było poszerzenie przegród międzypęcherzykowych (90%), które w przeprowadzonym doświadczeniu zostało spowodowane zastojem krwi w sieci naczyń włosowatych (92%) wywołanym naskurczowym działaniem nikotyny. Do skutków wymienionego wyżej zastoju zaliczamy również uszkodzone błony komórkowe nabłonków przegród międzypęcherzykowych (83%) oraz uwidoczniony w chłonnych przestrzeniach okołonaczyniowych przesięk/wysięk. Zaobserwowano także, iż w większości materiału w świetle pęcherzyków płucnych znajdowały się wynaczynione erytrocyty (68%). Inhalowany dym tytoniowy wywołał w doświadczalnym materiale wiele zmian patologicznych, którego potwierdzeniem były obecne w badanej tkance płucnej wykładniki mobilizacji komórek szeregu białokrwinkowego, w tym zwłaszcza makrofagi (12%) oraz limfocyty i neutrofile. Dyskusja Tytoń towarzyszy człowiekowi od wielu wieków, dowody jego używania pochodzą z czasów starożytnych kultur. Jego wpływ na zdrowie człowieka został dostrzeżony bardzo szybko. W roku 1606 angielscy lekarze wydali pierwszy traktat o szkodliwym wpływie palenia tytoniu. W tym samym roku król angielski Jakub I opublikował po łacinie traktat, który został przetłumaczony na wiele języków i rozpowszechniony w krajach całej Europy. Nie zahamował on jednak rosnącego spożycia tytoniu [21]. Wraz z rozwojem gospodarki tytoniowej i rosnącym spożyciem tytoniu medycyna miała możliwość coraz dokładniejszego poznawania zmian powstających pod wpływem tej używki. Pojawiało się w związku z tym coraz więcej publikacji dotyczących odległych skutków palenia tytoniu. Udowodniono, iż nikotynizm powoduje liczne nowotwory, w tym głównie nowotwory płuc, krtani, przewodu pokarmowego i inne, prowadzi do miażdżycy naczyń oraz zawałów serca, jest także przyczyną innych zmian narządowych [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 22]. W wydanych dotychczas źródłach jest niewiele informacji, które traktują o zmianach, jakie powstają w płucach po krótkim okresie stosowania tytoniu. Nawiązując do tych nielicznych publikacji zostaną omówione i porównane z nimi wyniki badań, które uzyskano prowadząc doświadczenie z krótkotrwałym użyciem tytoniu. W celu przejrzystego przedstawienia nieprawidłowości uzyskanych w analizowanych przypadkach rozpocznę od omówienia unerwienia dróg oddechowych, na które aż w 80% składa się układ parasympatyczny, a w 20% układ sympatyczny. Oba te układy tworzą specyficzne rodzaje stymulacji w drogach oddechowych, wśród nich najistotniejszą rolę pełnią cholinergiczne włókna nerwowe układu przywspółczulnego, przewodzone przez nerw błędny. Przekaźnikiem pobudzenia jest acetylocholina, która oddziałuje na receptory muskarynowe znajdujące się w komórkach mięśniówki gładkiej oskrzeli i gruczołów śluzowych, prowadząc do skurczu oskrzeli i wydzielania śluzu. Unerwienie cholinergiczne obejmuje przede wszystkim oskrzela duże i średnie, przy czym receptory muskarynowe znajdują się również w obwodowych drogach oddechowych. U ludzi stwierdzono obecność trzech spośród pięciu różnych rodzajów receptorów muskarynowych w drzewie oskrzelowym: M1, M2, M3. Główną przyczyną skurczu oskrzeli u ludzi jest aktywność przywspółczulnego układu nerwowego. Liczne czynniki drażniące pobudzają receptory czuciowe w oskrzelach oraz w górnych drogach oddechowych, prowadząc do skurczu oskrzeli spowodowanego przez układ cholinergiczny. Neurotransmiterem układu sympatycznego we włóknach przedzwojowych jest acetylocholina, z którą działają naskurczowo receptory nikotynowe. W odpowiedzi włókna zazwojowe wydzielają noradrenalinę, a przy długotrwałym działaniu także adrenalinę, która z kolei działa na receptor ß2 adrenergiczny. Znajduje się on na komórkach mięśni gładkich na każdym poziomie drzewa oskrzelowego

14 294 Ewa Dwojak i inni od tchawicy do oskrzelików. Pobudzenie tego receptora powoduje rozkurcz mięśnia. Natomiast pobudzenie receptorów ß2 gruczołów oskrzeli doprowadza do sekrecji wydzieliny, a receptorów nabłonka przyspiesza czynność rzęsek. Pobudzenie receptorów ß w naczyniach płucnych powoduje rozszerzenie naczyń. Ostatnim mechanizmem jest produkowanie peptydu CGRP, zlokalizowanego na terminalnych częściach nerwów aferentnych dróg oddechowych. Jego głównym zadaniem jest długotrwałe rozszerzanie naczyń krwionośnych układu oddechowego. Receptory dla tego peptydu w przeważającej liczbie zlokalizowane są w ścianach naczyń [2, 23, 24, 25]. W przebadanym materiale dobrze widoczne były obkurczone ściany oskrzeli oraz obficie występujący śluz w ich świetle. Powołując się na opublikowane prace dotyczące zmian w strukturze miąższu płucnego wnioskować można, iż nieprawidłowości te mogły być wywołane przez liczne czynniki pobudzające receptory czuciowe odpowiedzialne za skurcz oskrzeli [2, 9, 23, 25, 26], wśród których istotne miejsce zajmuje nikotyna dymu tytoniowego użyta w przeprowadzonym doświadczeniu, działająca na receptory nikotynowe [24, 25]. Z danych zawartych w artykułach wynika również, iż udokumentowane nieprawidłowości w budowie dubletów mikrotubul rzęskowych, które przyczyniają się do zmian w funkcjonowaniu rzęsek, są rezultatem szkodliwego działania tytoniu, w tym szczególnie wysokiego stężenia tlenku węgla (1000 mg/m 3 ). Prowadzi on do blokowania wiązań tlenowych hemoglobiny i wywołuje niedotlenienia, skutkiem czego są widoczne na poziomie ultrastrukturalnym uszkodzone, obrzmiałe mitochondria. Biorąc pod uwagę zwiększone wydzielanie śluzu wywołane działaniem neuroregulatorów [9, 26] i upośledzone przesuwanie wydzieliny z powodu zaburzonej funkcji aparatu rzęskowego zrozumiałymi stają się obrazy uzyskane w przeprowadzonych badaniach, które świadczą o znacznym zaleganiu śluzu w obkurczonych oskrzelach. W przeważającej liczbie preparatów, w obwodowych częściach układu oddechowego, szczególnie w przegrodach międzypęcherzykowych dostrzeżono także znaczne przekrwienie objawiające się dużą ilością krwinek czerwonych w świetle naczyń przedwłosowatych, włosowatych, jak i zawłośniczek. Dostępne źródła potwierdzają, iż efekt ten wywołany został działaniem nikotyny, która oddziałując na receptory nikotynowe znajdujące się w mięśniach gładkich prowadzi do ich skurczu [2, 9, 23, 24, 25]. Zmniejszone światło naczyń większych powoduje upośledzenie przepływu krwi, zwiększa także liczbę erytrocytów we włośniczkach, powodując zastój w terminalnej części układu krążenia płucnego. Skurcz mięśniówki gładkiej pod wpływem nikotyny powoduje większy napływ (mięśnie przedwłośniczek) i gorszy odpływ (skurcz zawłośniczek) krwi z naczyń włosowatych. Bezpośrednim skutkiem zastoju są przesięki i wysięki. W przeprowadzonym doświadczeniu oba te zjawiska wystąpiły. Dodatkowo w świetle licznych pęcherzyków płucnych wysięk zawierał niewielką liczbę krwinek czerwonych. Prześledzić można było także fazy pośrednie przesięku/wysięku w postaci poszerzenia przestrzeni chłonnych wokół naczyń krwionośnych, w których występował płyn o małej gęstości elektronowej lub o dużej gęstości elektronowej oraz ogniskowo także pojedyncze erytrocyty. Liczne badania ujawniły także, iż interfaza gaz/płyn wspomnianego wyżej płynu obrzękowego, jak również śluzu obecnego w świetle oskrzeli były regularne i równe. Sugerować to może występowanie zarówno w pęcherzykach płucnych, jak i w oskrzelach znacznej ilości czynnika przeciwniedodmowego, który utrzymuje powierzchnię płynów umożliwiając stabilizację gazu, co może przeciwdziałać wydostaniu się przesięku/wysięku do wnętrza światła pęcherzyka płucnego, jak i przeciwdziała niedrożności dróg oddechowych wywołanych śluzem zamykającym światło oskrzeli. Uwagę zwracały także, często występujące, popękane błony komórek nabłonka przegród międzypęcherzykowych. Analizując dostępne źródła informacji przypuszczać należy, iż nieprawidłowość ta wywołana została niedotlenieniem, którego nieuniknionym skutkiem była niewydolność komórek [8]. Uszkodzenia nabłonka widoczne są nie tylko w obszarach pogrubiałych przegród międzypęcherzykowych preparatów półcienkich. Również w preparatach zatopionych w parafinie i barwionych metodą H+E można znaleźć ogniska rozedmy płuc, zjawiska należącego do chorób obturacyjnych układu oddechowego a jednocześnie dobrze znanego powikłania palenia tytoniu. Widoczne w nich jest również uszkodzenie przegród międzypęcherzykowych oraz ich fragmenty pozostałe po całkowitym zniszczeniu części z tych struktur. Sporadycznie w preparatach zaobserwowano także makrofagi, limfocyty oraz inne komórki układu białokrwinkowego. Zgodnie z licznymi badaniami innych autorów stwierdzić można, iż ich pojawienie się w badanej tkance jest wykładnikiem toczących się zmian dotyczących górnych i dolnych części układu oddechowego [9, 16, 27]. Uszkodzenie nabłonka oskrzeli powoduje nieprawidłową funkcję układu rzęskowego i komórek produkujących śluz. Skurcz drzewa oskrzelowego także zwiększa zaleganie śluzu w świetle oskrzeli. Uszkodzenie części obwodowej płuc prowadzi do zastoju i zaburzeń przepływu. Do omówionych wyżej zjawisk uszkadzających należy również dołączyć negatywny wpływ hemoglobiny tlenkowęglowej, która niewątpliwie w trakcie inhalowania dymem tytoniowym o dawce 1000 mg/m 3 powietrza była tworzona. W oparciu o uzyskane wyniki można stwierdzić, iż w przeprowadzonym doświadczeniu doszło do zespołu ostrych uszkodzeń dróg oddechowych. Można sądzić, iż ostre uszkodzenia tak jak to bywa u nałogowych palaczy tytoniu, mogą być stymulatorem odnowy wywołanej czynnikami uwolnionymi z licznych makrofagów. Wnioski 1. Inhalowanie przez 3 tygodnie dymu tytoniowego o zawartości 1000 mg/m 3 tlenku węgla w powietrzu wdychanym powoduje uszkodzenia płuc.

15 Wykładniki morfologiczne ostrego uszkodzenia płuc u szczura wywołane dużymi dawkami dymu tytoniowego Cechy charakterystyczne zmian w górnych drogach oddechowych to skurcz oskrzeli i znaczne zaleganie śluzu z obecnością w nim makrofagów. 3. Zastój krwi w obwodowych częściach krążenia płucnego z towarzyszącymi przesiękami lub wysiękami oraz cechami uszkodzenia i rozpadu nabłonków pęcherzyków płucnych należą do najczęstszych zmian stwierdzonych w miąższu płucnym. Piśmiennictwo 1. Anthonisen N.R., Connett J.E., Kiley J.P. i wsp.: Effects of Smoking Intervention and the Use of an Inhaled Anticholinergic Bronchodilator on the Rate of Decline of FEV1 The Lung Health Study. JAMA, 1994, 272, 19, Benowitz N.L.: Pharmacologic aspects of cigarette smoking and nicotine addiction. N. Engl. J. Med., 1988, 319, 20, Brawley O.W.: Prevention and early detection of cancer; Principles of internal medicine, Harrison T.R, 1, McGraw-Hill, 1998, Doll R., Peto R., Wheatley K. i wsp.: Mortality in relation to smoking: 40 years observations on male British doctors. BMJ, 1994, 309, Ferguson G. T., Cherniack R. M.: Management of chronic obstructive pulmonary disease. N. Engl. J. Med., 1993, 328, 14, Gazdar A.F., Bader S., Hung J. i wsp.: Molecular Genetic Changes Found in Human Lung Cancer and Its Precursor Lesions. Cold Spring Harb. Symp. Quant Biol., 1994, 59, Harding R.: Fetal Breathing Movements, The Lung, Crystal R. G., West J. B., 2, Raven Press, New York, 1991, Holbroock J.H.: Nicotine addiction; Principles of internal medicine, Harrison T.R., 2, McGraw-Hill, Honig E.G., Ingram R.H.: Chronic bronchitis emphysema, and airways obstruction, Principles of internal medicine, Harrison T.R., 2, McGraw-Hill, Kessler D.A.: Nicotine addiction in young people. N. Engl. J. Med., 1995, 333, 3, Lippman S. M., Spitz M., Trizna Z.: Epidemiology, Biology and Chemoprevention of Aerodigestive Cancer. CANCER Supplement. 1994, 74, 9, Minna J. D.: Neoplasms of the lung, Principles of internal medicine, Harrison T.R., 1, McGraw-Hill, Ninane V., Yernault J., de Troyer A.: Intrinsic PEEP in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Role of Expiratory Muscles. Am. Rev. Respir. Dis., 1993, 148, US Department of Health and Human Services: The Health Consequences of Smoking: Nicotine Addiction. A Report of the Surgeon General. DHHS Publication, 1988, Community Intervention Trial for Smoking Cessation: I. Cohort Result from a Four-Year Community Intervention. Am. J. Public Health, 1995, 85, 2, Community Intervention Trial for Smoking Cessation: II. Changes in Adult Cigarette Smoking Prevalence. Am. J. Public Health, 1995, 85, 2, Henningfield J. E.: Nicotine medications for smoking cessation. N. Eng.l J. Med. 1995, 333, 18, Gries J., Benowitz N., Verotta D.: Chronopharmacokinetics of nicotine. Int. J. Clin. Pharmacol. Ther., 1996, 60, 4, Comroe J.H. Jr., Forster R.E. III, Dubois A.B. i wsp.: The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests. Year Book Medical Publishers, Engel S., Thomas C. C.: Lung structure. The Ryerson Press, Toronto, Bartkowiak Z.: Palenie tytoniu rys historyczny, Tytoń a zdrowie i sprawność fizyczna, Preisler E., Poznań 1991, Cooper J.D., Trulock E.P., Triantafillou A.N. i wsp.: Bilateral pneumectomy (volume reduction) for chronic obstructive pulmonary disease. J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 1995, 109, 1, Barnes P.J.: Neural Control of Airway Smooth Muscle, The Lung, Crystal R. G., West J. B., Raven Press, New York, 1991, Millhorn D. E., Bayliss D.A., Erickson J.T. i wsp.: Neurotransmission and Regulation of Respiration; The Lung, Crystal R. G., West J. B., 2, Raven Press, New York, 1991, Springall D.R., Bloom S.R., Polak J.M.: Neural, Endocrine, and Endothelial Regulatory Peptides, The Lung, Crystal R. G., West J. B., 1, Raven Press, New York, 1991, Jansen H.M., Sachs A.P.E., Van Alphen L.: Predisposing Conditions to Bacterial Infections in Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Am. J. Respir. Crit. Care Med., 1995, 151, Shelhamer J.H.: Airway Inflammation. Ann. Intern. Med., 1995, 123, 4, Adres do korespondencji: mgr Ewa Dwojak Katedra Patomorfologii UM ul. Przybyszewskiego Poznań tel