В связи с бурным развитием в нашей стране газоперерабатывающего комплекса и относительной дешевизной использования данного вида топлива все более широкое применение в народном хозяйстве получает бытовой газ. Он применяется в качестве топлива в быту и промышленности, служит исходным материалом для получения различных синтетических продуктов. Кроме того, нередки случаи использования алканов - бутана и пропана в качестве токсикантов наряду с другими психотропными средствами, что связано с ярко выраженным наркотическим эффектом предельных алканов [1, 2].

Согласно статистике, в судебно-медицинской практике достаточно часто встречаются случаи отравления бытовым газом (смесь пропана и бутана) при использовании его в промышленности и техногенных происшествиях и в связи с попыткой применения его для достижения наркотического эффекта.

Токсикологические характеристики компонентов бытового газа, по данным литературы [3-5], достаточно разнообразны: бутан обладает выраженным наркотическим эффектом, пропан оказывает кардиотоксическое действие. В связи с этим клинические проявления отравлений бытовым газом имеют пестрый характер. Это и расстройства деятельности нервной системы в виде головной боли, головокружений, потери сознания, тошноты, рвоты [3, 6]; изменение системы кровообращения в виде появления тахи- или брадикардии, нарушений ритма, появления признаков миокардиодистрофии [7].

Отравления бытовым газом являются ингаляционными. Они сопровождаются преимущественно нарушениями функции дыхательной системы [8]. Так, при вдыхании бытового газа значительно изменяется слизистая оболочка дыхательных путей: развиваются дистрофические, атрофические, гиперпластические процессы, сопровождающиеся воспалительными проявлениями. Некоторые исследователи [9, 10] отмечают, что такие компоненты бытового газа, как пропан, бутан, этан, метан, нарушают активность аденозинтрифосфатазы.

К сожалению, сведения о морфофункциональных изменениях тканей и органов, в частности легких, при воздействии бытового газа немногочисленны. Между тем такие данные необходимы для судебно-медицинской посмертной диагностики таких отравлений и оценки тяжести вреда, причиненного здоровью выживших пострадавших при несмертельных отравлениях, поскольку основной способ попадания газовой смеси в организм - ингаляционный.

Цель исследования - изучение в эксперименте морфофункционального состояния эпителия различных тканей легкого крыс при воздействии бытового газа.

Исследование проводили на 100 крысах-самцах линии Вистар массой от 150 до 250 г (1-я группа) в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу №755 от 12.08.77 Минздрава СССР). Контролем (2-я группа) служили 20 интактных крыс.

Для создания экспериментальной модели острого смертельного отравления в качестве отравляющего вещества использовали бытовой газ из 5-литровых баллонов ГОСТа 15860-84 для газовых плит. Через редуктор под низким давлением газ подавали в затравочную камеру в течение 10 мин до достижения концентрации 300 мг/л. Смерть животных наступала через 9-10 мин от начала ингаляции. Материал для исследования забирали непосредственно после наступления смерти животных. Группа контрольных животных находилась в обычной воздушной среде.

Для световой микроскопии кусочки ткани легкого и бронхов крыс фиксировали в 10% нейтральном формалине в течение 1 сут. Затем кусочки промывали в проточной воде, обезвоживали и заливали в парафиновые блоки. Парафиновые срезы толщиной 5 мкм окрашивали гематоксилином и эозином.

Для гистохимического исследования кусочки ткани легкого и бронхов замораживали в жидком азоте. Функциональное состояние органа оценивали по результатам количественного гистохимического анализа ферментативной активности некоторых метаболических показателей.

Процессы энергообеспечения клетки изучали на криостатных срезах толщиной 10 мкм. Выявляли такие ферменты, как сукцинатдегидрогеназа (СДГ) - показатель аэробных процессов, и лактатдегидрогеназа (ЛДГ) - основной критерий гликолиза. Об изменении сосудистых реакций судили по активности щелочной фосфатазы (ЩФ).

Активность указанных ферментов оценивали на спектроцитофотометре плаг-методом (об. 40, ок. 7, площадь зонда 0, 785 мкм² , длина волн 670 нм для ЩФ и 545 нм для ЛДГ и СДГ). Результаты цитофотометрического анализа выражали в относительных единицах оптической плотности (D). При гистохимическом анализе замеры D в альвеолоцитах проводили в 50 клетках.

Для электронно-микроскопического анализа материал фиксировали в составе забуференного (рН 7,2-7,4) раствора смеси глутаральдегида (2,5%) и параформальдегида (2%) в течение 1,5 ч при комнатной температуре. Осмирование, обезвоживание, заливку в эпон-аралдит и контрастирование производили по общепринятым правилам. Для прицельной заточки готовили полутонкие срезы. Ультратонкие срезы (40-50 нм) получали на ультратоме LKB-III (Швеция) и изучали под электронным микроскопом JEM-100CX2 («JEOL», Япония) при рабочем увеличении 7500-10 000 и ускоряющем напряжении 80 кВ.

Статистическую обработку количественных данных проводили с помощью программного пакета Statgraph. Для каждого показателя определяли среднее значение и стандартную ошибку, значимость различий величин показателей оценивали по критерию Стьюдента при р<0,05.

У животных 2-й (контрольная) группы по результатам гистологического исследования ткани легкого выявили ее типичное строение. Основными клеточными элементами эпителиальной выстилки бронхов являлись реснитчатые, базальные, бокаловидные и эндокринные эпителиальные клетки. Кроме того, в бронхиолах определялись щеточные клетки и клетки Клара. В эпителиальной выстилке практически всех бронхов преобладали реснитчатые клетки, на апикальной поверхности которых располагались реснички микроворсин. Мембранные структуры в них размещались зонально. Базальные тельца ресничек локализовались в верхней зоне, далее определялась обширная зона митохондрий с широкими интеркристными пространствами. Надъядерная зона содержала комплекс Гольджи, там же определялись короткие и узкие канальцы эндоплазматической сети (ЭПС).

Особенность организации бокаловидных клеток зависит от цикла их развития. В цитоплазме базальных клеток содержится большое количество свободных рибосом. Клетки Клара в выстилке бронхов выполняют функцию биотрансформации ксенобиотиков. На их апикальной и боковых поверхностях имеются различной толщины микроворсины, которые соединяются с реснитчатыми клетками плотными контактами. Альвеолы бронхов выстилают эпителиальные клетки - альвеолоциты I и II типов и щеточные клетки. Альвеолоциты I типа участвуют в обеспечении аэрогематического барьера и содержат пиноцитозные пузырьки. Альвеолоциты II типа содержат большое количество митохондрий с достаточно плотным матриксом и осмофильные пластинчатые тельца. В респираторном отделе легких животных контрольной группы очень небольшое количество щеточных клеток (до 5%).

У животных группы контроля ферменты, связанные с энергетическим метаболизмом (СДГ и ЛДГ), выявлялись в цитоплазме эпителия бронхов, где в апикальных отделах их активность представляется несколько более высокой, чем в базальных. Более низкая активность ферментов определялась в гладких мышечных клетках стенок бронхов и альвеол. В стенке альвеол уровень активности очень низкий, что делает невозможным достоверно дифференцировать структуру, в которой она выявляется. Щелочная фосфатаза маркируется в наружной оболочке крупных сосудов (артерии и вены), а также в базальных мембранах капилляров. В этих структурах уровень ее активности был очень высокий. Одновременно в эпителии бронхов отмечалась меньшая интенсивность реакции на ЩФ. В базальных отделах цитоплазмы более высокая активность данного фермента, чем в апикальных.

При моделировании острой смертельной интоксикации бытовым газом у животных 1-й группы отмечали выраженные клинические признаки отравления. Это проявлялось в виде заторможенности движений, учащения, а затем снижения частоты дыхательных движений, кратковременного беспокойства, судорог, явлений отека легких.

При гистологическом исследовании на световом уровне отмечали полнокровие ткани легкого, неравномерную воздушность ткани с участками выраженной эмфиземы, ограниченные участки дистелектазов и ателектазов, расширенные капилляры в этой зоне. Наблюдали выраженные деструктивные изменения клеток эпителиальной выстилки бронхов. Определялась повышенная секреторная активность бокаловидных клеток, которые содержали огромное количество ШИК положительных гранул. Эпителиальный пласт бронхов местами отслаивался от базальной мембраны.

На ультраструктурном уровне у животных 1-й группы отмечали разнообразную структурную реорганизацию эпителия бронхов и респираторных отделов. В эпителии бронхов на большом протяжении в реснитчатых клетках наблюдали отторжение ресничек. В большинстве таких клеток отмечалось набухание митохондрий с просветлением матрикса и дезорганизацией крист. Встречалось большое количество деструктивно измененных и практически разрушенных митохондрий, определяющихся в виде остаточных телец. Межклеточные пространства расширены. Фаза выведения секрета из бокаловидных клеток была нарушена: в них определялось накопление секреторных гранул. В клетках Клара - выраженное расширение цистерн гладкой ЭПС, на которой располагались цепочки оксидаз, участвующие в биотрансформации ксенобиотиков. Все это связано с попыткой организма ограничить действие токсиканта. Часть клеток Клара накапливает гранулы средней плотности, белковые компоненты которых модулируют местную воспалительную реакцию в легких.

В респираторном отделе легких животных 1-й группы обнаруживали большое количество поврежденных клеток аэрогематического барьера. Ядра клеток уменьшены в размерах, гиперхромные и угловатые, отмечался кариопикноз. Капилляры неравномерно расширены, внутри них - сладж-синдром. Во многих клетках происходила перестройка пластинчатых телец. В просвете альвеол имелось содержимое из элементов крови, фрагментов разрушенных эпителиальных клеток, белков. Все это свидетельствовало о грубом повреждении клеток эпителиального слоя респираторной зоны. Большие альвеолярные клетки переполнены осмиофильными тельцами. Некоторые секреторные клетки разрушены, заметен выход осмиофильных телец. Такая повышенная секреторная активность является признаком попытки включения компенсаторных механизмов при воздействии токсичного вещества, направленных на срочное восстановление поврежденного сурфактанта как первого элемента аэрогематического барьера.

Выявили также нарушение структуры аэрогематического барьера и выраженный периваскулярный отек.

При цитофотометрическом анализе клеток эпителиальной выстилки бронхиального и респираторного отделов легких у животных 1-й группы отмечали повышение активности ЛДГ в 2,8 раза по сравнению с данными у животных контрольной группы. Активность СДГ в ткани легкого была снижена в 2,1 раза, активность ЩФ в эпителиальных клетках легких меньше на 32%, чем у животных 2-й группы (см. таблицу).

Полученные данные свидетельствуют, что наиболее чувствительными структурами к действию бытового газа в эпителиальной выстилке различных отделов легких экспериментальных животных являются клетки Клара и эпителиальные клетки респираторного отдела. Наблюдается избирательная чувствительность клеточных структур к воздействию бытового газа. В первую очередь повреждаются элементы ЭПС, что проявляется расширением и деформацией цистерн, уменьшением их электронной плотности. Электронно-микроскопические исследования доказывают нарушение синтеза белка и его транспорта, что сказывается на функциональной активности эпителиальных клеток респираторного и бронхиального отделов.

Отмеченные изменения ЭПС сочетаются с нарушением деятельности митохондриального аппарата. На это указывают результаты электронно-микроскопического исследования, выявившего нарушения ультраструктуры митохондрий, выражающиеся в дезорганизации крист.

По данным количественного гистохимического исследования установили значительное повышение активности ЛДГ и снижение активности митохондриального фермента СДГ. Это свидетельствует о развитии дисфункционального состояния эпителиальных клеток, сопровождающегося повышением активности анаэробных процессов и снижением активности аэробных процессов более чем в 2 раза по сравнению с показателями в контрольной группе животных. Повышение активности ЩФ более чем на 30% указывает на повреждение мембран клеток. Все это сопровождается нарушением синтетических и энергетических процессов в клетках эпителиальной выстилки бронхиального и респираторного отделов легких. Указанные изменения свидетельствуют о грубых повреждениях аэрогематического барьера, приводящих к срыву компенсаторных механизмов у животных, подвергшихся токсическому воздействию бытового газа.

Проведенное экспериментальное исследование острого смертельного воздействия бытового газа на организм животных выявило, что при этом повреждаются практически все элементы эпителиального слоя как бронхиального, так и респираторного отдела легких. Тяжелые ультраструктурные изменения, обнаруженные в клетках в виде повреждения митохондрий и ЭПС, приводят к процессам вакуолизации, кариопикнозу и гибели эпителиальных клеток. Обнаруженные изменения свидетельствуют о выраженном мембранотоксическом действии бытового газа.

Полученные результаты раскрывают основные внутриклеточные и метаболические механизмы токсического действия бытового газа на морфофункциональное состояние ткани легких и могут указывать на один из механизмов наступления смерти при подобных отравлениях.