Значение носового дыхания для формирования структур слизистой оболочки носа

Одной из важнейших форм связи организма с внешней средой, не прерывающейся в течение всей жизни человека, является связь через дыхательную систему.

Слизистая оболочка носа, являющаяся начальным отделом дыхательного тракта, представляет собой мощный защитный барьер, информирующий о контактах с различными агентами внешней среды, осуществляющий кондиционирование вдыхаемого воздуха, задерживающий и обезвреживающий микроорганизмы и вещества, которые могут поступить с воздухом. Носовое дыхание не может быть адекватно замещено дыханием через рот [1].

Сложное строение слизистой оболочки носа обеспечивает выполнение многих функций (дыхательная, защитная), которые тесно связаны с выделительной и калориферной функциями; обонятельной, а также такой важнейшей функции, как мукоцилиарная. Особого внимания заслуживает информационная функция — получение информации организма об антигенной структуре вдыхаемого воздуха. На основе этой функции формируется адаптивный иммунитет [1].

Нарушение аэродинамики в полости носа приводит к изменению структуры слизистой оболочки. При нарушении аэродинамики в слизистой оболочке полости носа в течение жизни происходят разной степени выраженности десквамация покровного респираторного эпителия, склероз и гиалиноз слизистой оболочки, редукция сосудистого русла, гиперплазия желез с формированием микрокист, а также атрофия и очаги хронического воспаления. У человека это проявляется затруднением носового дыхания или развитием хронического риносинусита [2—9].

Воздушная струя принимает участие в формировании целого ряда физиологических рефлексов: ринопульмонального, ринокардиального; влияет на артериальное и внутричерепное давление, формирует ответ вегетативной нервной системы в виде носового цикла; участвует в работе желез слизистой оболочки [1].

Искривление перегородки полости носа является одной из наиболее распространенных патологий. Оно влияет на качество жизни человека посредством заложенности носа, храпа и хронического синусита. Носовой цикл регулирует воздействие воздушной струи на слизистую оболочку, что дает возможность при прямой носовой перегородке периодически влиять на носовое сопротивление и перераспределять воздушный поток из одной части полости носа в другую [6]. L. Kumar и соавт., изучая искривление носовой перегородки, провели анализ изменений в слизистой оболочке и показали, что эта патология влияет на динамику воздушного потока в носовой полости и аэрацию околоносовых пазух. Из-за изменения воздушного потока часто обнаруживается компенсаторная гипертрофия слизистой оболочки носа с вогнутой стороны перегородки [8]. В работе Y. Jang и соавт. была проанализирована структура слизистой оболочки искривленной перегородки носа у 20 пациентов. Исследование проводили с применением метода сканирующей электронной микроскопии. Авторы отметили структурные изменения мерцательного эпителия. Были выявлены снижение количества ресничек эпителия, усиление воспаления и признаки атрофии желез. При этом аналогичные изменения не наблюдались в слизистой оболочке с выпуклой стороны перегородки. Кроме того, авторы отметили, что ультраструктурные изменения слизистой оболочки дыхательных путей могут быть результатом острых и хронических инфекций, синуситов и других заболеваний [9].

В эксперименте на кроликах было установлено, что измененное направление воздушного потока может вызывать воспалительные изменения в слизистой оболочке носа и верхнечелюстных пазухах (снижение количества ресничек, снижение мукоцилиарного клиренса, густой слизисто-гнойный секрет из полости носа и пазух). Непрерывная физиологическая стимуляция воздушным потоком обеспечивает оптимальную аэродинамику полости носа и облегчает функцию мукоцилиарного транспорта [10].

Г.А. Гаджимирзаев и соавт. [11, 12] в экспериментальных исследованиях на кроликах изучали влияние одностороннего носового дыхания на нижние дыхательные пути. Авторы обнаружили разные морфологические изменения воспалительного характера в слизистой оболочке бронхов и пришли к выводу, что изменение носового дыхания занимает определяющее место в генезе бронхолегочных поражений.

Поток воздуха, проходя через полость носа, действует на структуры слизистой оболочки полости носа. Происходит морфологический и функциональный ответ слизистой оболочки на внешнее раздражение. В результате ряда исследований были установлены разнообразные морфологические изменения в структуре слизистой оболочки, происходящие в течение жизни у человека [5—7, 9, 10]. В то же время значительную актуальность представляют данные о структурных изменениях слизистой оболочки носа при нарушении его проходимости в раннем периоде жизни.

Цель исследования — оценка значения воздушного потока на морфологическую структуру слизистой оболочки носа раннего периода жизни организма.

В эксперименте были задействованы 5 кроликов породы паннон в возрасте 1 мес. Под общей анестезией золетил-ксилазинового наркоза животным была зашита правая ноздря. В последующем кролики дышали через левую половину носа в течение 1 года жизни. С целью контроля за развитием верхнечелюстных пазух и легких кроликам проводили компьютерную томографию черепа и легких в возрасте 6, 9 и 12 мес. Через 12 мес кроликов выводили из эксперимента путем воздушной эмболии введением воздуха через ушную вену. Манипуляции с животными не были связаны с причинением им боли. После вывода животных из эксперимента осуществляли забор органов для гистологического исследования, фиксацию выполняли путем погружения в нейтральный забуференный формалин в течение 24 ч. У всех животных проводили забор слизистой оболочки верхнечелюстных пазух, эпителия верхнего, среднего и нижнего носовых ходов и эпителия перегородки. Далее проводили проводку по стандартному протоколу в изопропиловом спирте возрастающей концентрации. Резку гистологических препаратов осуществляли на ротационном микротоме Thermo Fisher Scientific HM 325 («Thermo», США), изготавливали срезы толщиной 5 мкм. Впоследствии срезы были окрашены рутинным методом гематоксилином и эозином.

На каждом стекле анализировали по 6 полей зрения при помощи микроскопа Axio Imager.A1 с камерой Axiocam 305 color и программным обеспечением Zen 3.3 (все — производство «Zeiss», Германия). Для подсчетов количества клеток использовали специализированное программное обеспечение для работы с гистологическими снимками QuPath с применением встроенного плагина для сегментации ядер на основе алгоритма StarDist. Полученные морфометрические данные обрабатывали в программном обеспечении Origin Pro, в котором производили построение графиков.

Экспериментальная часть работы была проведена в Курском государственном медицинском университете под руководством профессора С.З. Пискунова. Им лично были выполнены забор и подготовка препаратов для исследования. Гистологическое исследование проведено на кафедре гистологии Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова под руководством профессора В.Н. Николенко.

Исследование было одобрено локальным Этическим комитетом и проведено с соблюдением ГОСТ 33044-2014 «Принципы надлежащей лабораторной практики» от 01.08.2015.

Обнаружены достаточно убедительные различия в гистологическом строении слизистой оболочки на зашитой и незашитой сторонах полости носа и верхнечелюстной пазухи животных.

Эпителий левой (здоровой) верхнечелюстной пазухи был однослойным многорядным реснитчатым, ровно распределенным на целостной базальной мембране. Эпителиоциты правильной формы с полярно расположенным ядром, цитоплазма не вакуолизирована и нормохромна. Реснички имели нормальное одинаковое строение и высоту, однородно покрывали весь эпителиальный пласт. Соединительная ткань собственной пластинки соответствовала нормальному строению, содержала клетки только фиброцитарного ряда. Железы также были расположены нормально и свободно относительно друг друга, имели правильное строение. Гландулоциты нормохромны, с правильными округлыми ядрами и нормальным ядерно-цитоплазматическим коэффициентом. Выводные протоки желез сохранены и имели физиологическое содержание (рис. 1—3).

Рис. 1. Слизистая оболочка верхнечелюстной пазухи кролика с экспериментальной односторонней обструкцией.

а — левая (здоровая) сторона; б — правая (зашитая). Окраска гематоксилином и эозином. Слайд-сканер Precipoint M8, объектив 20×. Зеленая стрелка — нормальное строение ресничек; зеленый квадрат — нормальный эпителий; красная стрелка — эозинофил; красный круг — нарушение структуры концевых отделов желез.

Рис. 2. Верхнечелюстная пазуха кролика с экспериментальной односторонней обструкцией.

а — левая (здоровая) сторона; б — правая (зашитая). Окраска гематоксилином и эозином. Слайд-сканер Precipoint M8, объектив 20×. Зеленый круг — нормальной концевой отдел железы; зеленая линейка — нормальная толщина собственной пластинки слизистой оболочки; красная стрелка — эозинофил; красный круг — нарушение структуры концевых отделов желез; красная линейка — уменьшение толщины собственной пластинки слизистой оболочки.

Рис. 3. Верхнечелюстная пазуха кролика с экспериментальной односторонней обструкцией.

а — левая (здоровая) сторона; б — правая (зашитая). Окраска гематоксилином и эозином. Слайд-сканер Precipoint M8, объектив 20×. Зеленая стрелка — нормальное строение ресничек и эпителия; зеленый круг — протоки желез с нормальным строением и содержанием секрета; красная стрелка — дезорганизация ресничек, их полное отслоение; красный круг — гипертрофия и гиперплазия эпителия, инфильтрация полиморфно-ядерными клетками, дезорганизация базальных мембран; желтый круг — спадание желез, нарушение их строения; черный круг — оксифилия цитоплазмы эпителиоцитов.

Эпителий правой (на стороне обструкции носа) верхнечелюстной пазухи имел неравномерную структуру. Наблюдалась дезорганизация базальных мембран. Ядра эпителиоцитов гиперхромны. Цитоплазма резко оксифильна. Эпителиий местами гипертрофирован и гиперплазирован, у единичных клеток отмечалась вакуолизация цитоплазмы. Инфильтрация эпителия полиморфно-ядерными клетками. Подслизистая основа истончена и уплотнена, обогащена клеточным компонентом, встречались единичные эозинофильные гранулоциты. Железы были сохранены, но их структура изменилась, имелось их неоднородное расположение. Железы инфильтрированы полиморфно-ядерными клетками и сдавлены, отмечалось повышение стромального компонента. Ядерно-цитоплазматический коэффициент гландулоцитов сдвинут в сторону ядра. Цитоплазма и ядра гландулоцитов гиперхромны. Цитоплазма слабо оксифильна. Протоки желез сужены и заполнены резко оксифильным секретом.

В дополнение к микроскопическому исследованию, при котором были выявлены резкая оксифилия и склеивание ресничек эпителия пазухи, морфометрически со стороны зашитой ноздри зафиксировано истончение реснитчатого аппарата (рис. 4).

Рис. 4. Толщина собственной пластинки слизистой оболочки (а) и высота ресничек эпителия верхнечелюстной пазухи (б) кролика в незашитой ноздре (слева) и зашитой (справа).

Подслизистая основа верхнечелюстной пазухи со стороны зашитой ноздри более истончена по сравнению со здоровой.

Результаты проведенного эксперимента убедительно показали различие в формировании структур слизистой оболочки полости носа и околоносовых пазух при выключенном носовом дыхании, что достаточно демонстративно представлено на рис. 5—8. Слизистая оболочка нормально дышащей стороны по своей структуре и функции формировалась в соответствии с физиологической нормой. Отсюда обоснованно можно сделать заключение о физиологическом значении носового дыхания на формирование структур слизистой оболочки. Но возникают вопросы. Что управляет этим процессом? Ведь в недышащей половине носа есть свободный выход слизи по естественному пути в сторону носоглотки, а секрет задерживается в пазухах. Меняется и характеристика секрета, почему? Мерцательный эпителий морфологически неполноценен. Что противодействует правильному его формированию? Связано ли это с иннервацией или этим управляют другие механизмы? Клинические исследования показали, что изменение носового сопротивления, аэродинамики в полости носа после проведенной операции септопластики изменяет характеристику носового цикла. Носовой цикл регулируется вегетативной нервной системой. И функция желез во многом зависит от состояния вегетативной нервной системы. Есть ли роль вегетативной нервной системы, и какой из них, симпатической или парасимпатической, в этих процессах? Можно надеяться, что дальнейшие исследования физиологии и патофизиологии слизистой оболочки носа и околоносовых пазух дадут ответ на эти вопросы и другие, которые еще не обозначены.

Рис. 5. Перегородка носа кролика с экспериментальной односторонней обструкцией.

а — левая сторона; б — правая сторона. Окраска гематоксилином и эозином. Слайд-сканер Precipoint M8, объектив 20×. Просветы желез развиты с видимым просветом и умеренным содержанием секрета, что говорит о правильной физиологической работе и экскавации секрета (зеленая стрелка) Цитоплазма клеток выводных протоков нормохромна (зеленая стрелка). Просветы желез заполнены резко оксифильным секретом. Расширение и полнокровие капилляров (желтая стрелка). Резкая оксифилия цитоплазмы клеток протоков желез (красная стрелка).

Рис. 6. Обонятельная зона кролика с экспериментальной односторонней обструкцией.

а — слева; б — справа. Окраска гематоксилином и эозином. Слайд-сканер Precipoint M8, объектив 20×. Нормальная морфология обонятельного эпителия. Эпителий целостный, с однородным развитым слоем, содержащий обонятельные клетки с сохранившимися обонятельными ресничками, поддерживающими и базальными клетками. Наблюдается нормальное расположение концевых отделов и выводных протоков боуменовых желез, содержащих слабооксифильную цитоплазму. Выделяются зоны полной деструкции обонятельного эпителия (красная стрелка), но местно эпителий сохраняет нормальное морфологическое состояние. Соединительная ткань сильно инфильтрирована полиморфноядерными клетками (ПЯК) (красный круг). Также наблюдается резкая оксифилия обонятельных желез (желтый круг). Между железами разрастание стромального компонента с выраженной инфильтрацией. Протоки желез сужены, сосуды вокруг них полнокровны.

Рис. 7. Нижняя носовая раковина кролика с экспериментальной односторонней обструкцией.

а — слева; б — справа. Окраска гематоксилином и эозином. Слайд-сканер Precipoint M8, объектив 20×. Наблюдается нормальный эпителий с сохраненными ресничками (зеленая стрелка). Эпителий сохранен, но отмечаются уплотнение и истончение реснитчатого аппарата и наличие оксифильно окрашенной плотной слизи (красная стрелка). Соединительная ткань инфильтрирована, наблюдаются очаги лимфоидной инфильтрации (красный круг). Окружающие капилляры полнокровны (желтая стрелка).

Рис. 8. Нижняя носовая раковина кролика с экспериментальной односторонней обструкцией.

Окраска гематоксилином и эозином. При малом увеличении видны интенсивная инфильтрация полиморфно-ядерными клетками (желтый круг), полнокровие сосудов и интенсивный эритроцитарный выпад (желтая стрелка). Наблюдается сужение просвета сосудов (красный круг) и спонгиоз периваскулярной клетчатки (красная стрелка), что указывает на нарастание эффектов сосудистого фиброза в данной зоне.

1. Воздушный поток при носовом дыхании является физиологическим стимулом правильного формирования структур слизистой оболочки полости носа и околоносовых пазух.

2. Одностороннее носовое дыхание вызывает нарушения в формировании структур слизистой оболочки и изменение ее функций.

3. Нарушение аэродинамики в полости носа и околоносовых пазух создает условия для структурной перестройки слизистой оболочки и формирования различных фенотипов воспаления.

Участие авторов:

Разработка дизайна исследования, проведение эксперимента — Пискунов С.З.

Гистологическое исследование, написание статьи — Карташкина Н.Л.

Гистологическое исследование — Кузьмин Е.А., Покидова К.С., Пьявченко Г.А.

Проведение эксперимента — Абраменко М.А.

Контроль гистологического исследования, редактирование статьи — Николенко В.Н.

Разработка дизайна эксперимента, написание статьи — Пискунов Г.З.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.