Морфометрический анализ пролиферации переднего эпителия роговицы африканского страуса

УДК 568.221.1 + 611.841.2

Morphometrical analysis of proliferation of the corneal epithelium of the African ostrich

Summary. The work purpose consists in morphometrical research of proliferation of corneal epithelium of adult male ostrich Struthio camelus Linnaeus, 1758 (Struthioniformes). Average value of the index of proliferation is 0,92 ± 0,05. It is connected with excess of thickness of basal layer (25,99 ± 0,65 μm) over intermediate and superficial layers (22,50 ± 0,78 μm) in general system of corneal epithelium (48,49 ± 1,06 μm).

Keywords: ostrich, the corneal epithelium of the eyeball, proliferation index.

Аннотация. Цель работы заключается в морфометрическом исследовании пролиферации переднего эпителия роговицы взрослого самца африканского страуса Struthio camelus Linnaeus, 1758 (Struthioniformes). Среднее значение индекса пролиферации равно 0,92 ± 0,05. Это связано с превышением толщины базального слоя (25,99 ± 0,65  мкм) над промежуточным и поверхностным слоями (22,50 ± 0,78 мкм) в общей системе переднего эпителия роговицы (48,49 ± 1,06 мкм).

Ключевые слова: африканский страус, передний эпителий роговицы глазного яблока, индекс пролиферации.

Передний эпителий роговицы (далее — ПЭР) глазного яблока используют в качестве базовой модели, позволяющей оценить степень пролиферации в системе последовательных генераций клеточных пластов, ростковым звеном которых служит базальный слой, а терминальным — поверхностный слой, состоящий из уплощенных неороговевающих клеток, содержащих ядра. Кроме того, имеется и промежуточный слой шиповатых клеток ПЭР, который также является результатом пролиферативной активности [7]. Согласно современной классификации, ПЭР относят к многослойным плоским неороговевающим эпителиальным структурам [9]. Поскольку он обладает высокой степенью обновления клеточных популяций, именно этот эпителий широко используют в качестве тест-системы в экологических исследованиях для анализа цитогенетических эффектов, вызванных техногенным загрязнением [6]. Основная функция ПЭР сводится к обеспечению механической защиты нижележащей стромы и предохранения ее от проникновения инфекции [6].

Очевидно, что морфометрически пролиферацию ПЭР можно оценить по степени превалирования промежуточного и поверхностного слоев, которые имеют четкую морфологическую идентификацию по сравнению с базальным слоем ростковых клеток. Полагаем, что морфометрическая оценка соотношения слоев ПЭР позволит определить некоторые количественные закономерности, связанные с дифференцировкой клеточных структур и пролиферативной активностью. В этой связи цель работы заключается в морфометрической оценке гистологических параметров дефинитивного ПЭР с последующим обоснованием использования индекса пролиферации, отражающего соотношение толщины промежуточного и поверхностного слоев с толщиной базального слоя.

В качестве объекта исследования выбрана роговица глазного яблока африканского страуса Struthio camelus Linnaeus, 1758 (Struthioniformes) (далее — страус), которая исследована лишь в самых общих аспектах. Так, по нашим данным,  ПЭР составляет примерно 5,6% толщины роговицы глаза страуса [2]. К настоящему времени изучен эндотелий (задний эпителий) роговицы страуса, который отличается тем, что специализированные плоские клетки имеют в основном гексагональную (75% от общего количества клеток), пентагональную (14%) или гептагональную (11%) форму. Средняя площадь клеток эндотелия роговицы равна 269 ± 18 мкм2, при этом плотность клеток, приходящихся на 1 мм2, составляет 3717 ± 240 шт./мм2. Приведенные параметры сходны для обоих глаз страуса [10].

Таким образом, учитывая  слабую изученность объекта исследования, требующего морфологического описания и морфометрического анализа, данная работа приобретает признаки научной новизны и методической значимости. Настоящее исследование имеет и прикладной аспект, так как известно о применении роговицы глазного яблока страуса в трансплантологии [11].

Материал и методы. Материалом для исследования послужили образцы роговицы глазного яблока африканского страуса, выращенного в ООО «Русский страус» (Серпуховский р-н Московской обл., дер. Старые Кузьменки). Пробы, полученные от трех особей, фиксировали в 10%-ном нейтральном формалине, заливали в парафин, срезы толщиной 5 мкм окрашивали гематоксилин-эозином [4]. Морфометрические промеры делали при помощи окуляр-микрометра марки «МОВ-1-15» (Россия) на микроскопе марки «Carl Zeiss (Jena)» (Германия, фирма-изготовитель VEB Carl Zeiss Jena).   Каждый гистологический параметр отдельного образца роговицы подвергли десятикратному измерению в разных полях зрения микроскопа, что в совокупности составило шестьдесят промеров (n = 60). Именно этот объем выборки подвергли статистической обработке, используя общепринятые показатели вариации [1]. Цифровые данные обрабатывали методами дескриптивной статистики, используя компьютерную программу STATISTICA 6, разработанную компанией StatSoft (USA) [8].

Результаты исследования. Морфометрические параметры ПЭР приведены в таблице 1, данные которой свидетельствуют, что в среднем процентное  соотношение промежуточного и поверхностного слоев, а также базального слоя почти совпадает (46,40 : 53,60%), хотя и с некоторым преимуществом базального слоя эпителиоцитов. Необходимо отметить, что разница между толщиной изученных слоев носит достоверный характер, что позволяет говорить о существенной значимости относительного превалирования базального слоя над последующими на 7,20%.

Таблица 1 – Некоторые морфометрические показатели дефинитивного переднего эпителия роговицы взрослого самца африканского страуса Struthio camelus Linnaeus, 1758 (Struthioniformes) (n = 60)

*Примечание: n — количество промеров; M ± m — средняя арифметическая простая с ошибкой средней арифметической; Lim — лимиты параметра; ± σ — среднее квадратическое отклонение; Cv — коэффициент вариации

Представленные коэффициенты вариации, отражающие относительную изменчивость гистологических структур, демонстрируют либо среднюю изменчивость показателей, либо высокую, так как в некоторых случаях данный показатель превышает 20–30%-ный порог, что особенно заметно в морфометрических параметрах индекса пролиферации за счет существенного размаха, составившего 2,70.

Для количественной оценки пролиферации ПЭР использовали следующее соотношение:

,

где — индекс пролиферации ПЭР;

SI+SS  — промежуточный и поверхностный слои ПЭР, мкм;

SB — базальный слой ПЭР, мкм.

Данный индекс может принимать значения больше (SI+SS > SB) или меньше (SI+SS < SB) единицы, а также может быть равен ей (SI+SS = SB). Если первый случай отражает высокий уровень пролиферативной активности, обеспечивая морфометрическое смещение в пользу промежуточного и поверхностного слоев, то второй свидетельствует о недостаточном уровне обновления эпителиоцитов, что приводит к преобладанию базального слоя в замкнутой системе многослойного неороговевающего эпителия. Третий случай говорит о такой степени пролиферации, когда толщина базального и толщина вышележащих слоев равны. В нашем случае индекс пролиферации варьировал в пределах 0,30–3,00, при этом среднее значение приблизилось к единице, в среднем составив 0,92 ± 0,05  (таблица 1), что, по-видимому, свойственно ПЭР страуса и обеспечивает необходимый уровень пролиферации клеточных структур.

Обсуждение полученных данных. Полученные результаты в полной мере отражают морфометрическую ситуацию, которая сложилась в рамках гистологически значимых слоев ПЭР. В данном случае формально реализована ситуация, когда SI+SS < SB. Вероятно,  у других видов животных этот индекс будет иметь другие значения, что можно объяснять полиморфизмом морфометрических параметров эпителия. Сравнивая полученные результаты с индексом пролиферации эпидермиса кожи головы страуса, являющегося, как известно, многослойным ороговевающим эпителием, необходимо отметить существенно большее разрастание рогового слоя по сравнению с базальным слоем, что отразилось на значениях индекса пролиферации, заметно превышающим уровень единицы (1,20–4,25) [3].

Таким образом, индекс пролиферации для различных категорий многослойного эпителия значительно варьирует, что, видимо, отражает особый механизм морфогенеза, свойственный различным видам эпителиев. Очевидно, что  предложенная методика (в качестве дополнительного количественного критерия) может быть использована для морфометрической оценки в системе комплексного гистологического анализа эпителиальных структур.

Считаем, что активное внедрение индекса пролиферации позволит проводить сравнительный морфологический анализ, связанный с возрастной, половой, топографической, географической, сезонной и индивидуальной изменчивостью. Вполне возможно оценивать пролиферативный потенциал эпителиев по предложенному индексу и на разных этапах пре- и постнатального онтогенеза, получая результаты, основанные на динамике и темпах роста (снижения) в последовательной трансформации гистологической картины отдельных слоев эпителиальных структур [3]. Полученные результаты целесообразно использовать и в эволюционной гистологии при сравнительном анализе эпителиев, принадлежащих различным таксономическим группам животных, которые, по-видимому, имеют также и видоспецифические черты, формируя основу для дальнейших филогенетических построений, при этом такая эволюционная реконструкция позволит определить степень дивергенции и конвергенции данных гистологических структур.

Полагаем, что к морфологическим критериям ПЭР, указывающим на структурные перестройки эволюционно-адаптационного характера, можно отнести такие показатели, как соотношение его слоев, параметры единичных клеток и архитектонику эпителиальных структур. Последнее направление в настоящее время интенсивно развивается. Так, предложенная концепция модульного строения эпителиев позволила сформулировать законченную систему пространственных вариантов организации эпителиальных структур. Сформулировано понятие о гистионе как элементарной морфофункциональной единице, а также разработаны методы анализа топологии эпителиальных пластов [5].

Таким образом, комплексный морфометрический анализ ПЭР глазного яблока страуса позволил расширить представления не только о морфологии этой структуры, но и понять некоторые количественные закономерности, лежащие в основе пролиферативной активности эпителиальных тканей.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для ведущих научных школ (проект НШ-5928.2012.4).

Литература

3.    Киладзе А.Б. Морфометрический анализ пролиферации эпидермиса на примере кожи головы африканского страуса Struthio camelus Linnaeus, 1758 (Struthioniformes) // Конференция «Морфогенез в индивидуальном и историческом развитии», 16–18 марта 2011 г. Тезисы докл. М.: ОМТ ПИН РАН, 2011. С. 17–19.

4.     Микроскопическая техника: Руководство / Д.С. Саркисов, Ю.Л. Перов (ред.). М.: Медицина, 1996. 544 с.

5.   Савостьянов Г.А. Основы структурной гистологии. Пространственная организация эпителиев. СПб.: Наука, 2005. 375 с.

6. Фадеева Е.О. Экология грача (Corvus frugilegus L.) в антропогенных ландшафтах Окско-Донского междуречья. М.: Товарищество науч. изданий КМК, 2007. 200 с.

7.      Филиппенко В.И., Старчак М.И. Заболевания и повреждения роговицы. Киев: Здоров’я, 1987. 155 с.

8.      Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. М.: ООО «Бином-Пресс», 2008. 512 с.

9.      Юрина Н.А., Радостина А.И. Гистология. М.: Медицина, 1995. 256 с.

10.  Pigatto J.A.T., Franzen A.A., Pereira F.Q., Almeida, A.C. da V.R. de, Laus J.L., Santos J.M. dos, Guedes P.M., Barros P.S. de M. Scanning electron microscopy of the corneal endothelium of Ostrich // Ciência Rural, Santa Maria. 2009. V. 39. N 3. P. 926–929.