Структурно-функціональні особливості печінки за умов комбінованого впливу харчових добавок

Abstract

Мустафіна Г. М. Структурно-функціональні особливості печінки за умов комбінованого впливу харчових добавок. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 22 «Охорона здоров’я» за спеціальністю 222 – «Медицина». – Полтавський державний медичний університет, Полтава, 2023. Дисертаційна робота присвячена вивченню структурно-функціональних особливостей печінки білих щурів за умов впливу комплексу харчових добавок (глутамату натрію, нітриту натрію, понсо 4R), в експерименті. В умовах проникнення техногенного світу в повсякденне життя, в тому числі в харчову промисловість, функціональна морфологія печінки, її репаративні властивості, структурні зміни під впливом різноманітних ендо – та екзогенних чинників є об'єктом численних досліджень, адже саме печінка є високоефективним біологічним бар'єром на шляху як зовнішніх так і внутрішніх патогенних чинників. В той же час, захищаючи весь організм, печінка зазнає негативний вплив на власну тканину. Використання в продукті харчових добавок дозволяється лише якщо за наявними даними їх використання не становить небезпеки для здоров'я споживача, воно технологічно обґрунтоване і не вводить споживача в оману. Доза кожної харчової добавки в продукті, як правило, має певні обмеження обумовлені в тому числі дослідницькими роботами. Кількість найменувань харчових добавок в одному продукті дедалі зростає. При цьому вивчення дії саме комплексів харчових добавок на організм заслуговує на подальше детальне вивчення враховуючи, що в окремих випадках шкідливий вплив одних добавок може підсилюватися дією інших, навіть за умови не перевищення їх допустимих доз. Враховуючи наведене вище, метою нашого дослідження стало вивчення структурно-функціональних особливостей печінки щурів за умов комбінованого впливу комплексу найпоширеніших харчових добавок, а саме глутамату натрію, нітриту натрію, та понсо 4R. Для реалізації зазначеної мети, ми провели експериментальне дослідження на 60 статевозрілих безпорідних білих щурах обох статей. Робота виконана на кафедрі патологічної анатомії та судової медицини та на базі експериментально-біологічної клініки Полтавського державного медичного університету МОЗ України. Перед початком експерименту проводилось, вибірка піддослідних тварин з урахуванням ваги, віку, стану хутра, психомоторної активності, після чого здійснювалося формування контрольної та експериментальних груп. Відповідно до завдань дослідження всі тварини були розділені на 6 груп: контрольну (n=10) та експериментальні (n=50) Тварини упродовж експерименту утримувались в експериментально-біологічній клініці (віварії) в стандартизованих контрольованих умовах при сталих показниках температури, вологості і світлового періоду; за піддослідними тваринами здійснювався належний догляд, було забезпечено постійний доступ до води, тварини отримували стандартизований гранульований корм. Тварини експериментальних груп (за умов безперешкодного доступу до питної води) отримували в щоденний раціон додавання комплексу харчових добавок у складі: нітриту натрію (0,6 мг/кг), глутамату натрію (20 мг/кг), понсо 4R (5 мг/кг). Зазначені речовини вводили перорально в 0,5 мл дистильованої води 1 раз на добу. Слід зазначити, що доза харчових добавок, яку отримували піддослідні тварини протягом експерименту, була вдвічі меншою за допустиму норму у харчових продуктах. Виведення тварин з експерименту проводилось через 1, 4, 8, 12, 16 тижнів. Вивчення структурно-функціональних особливостей печінки за умов комбінованого впливу харчових добавок проводилось з використанням: мікроскопічного, морфометричного, імуногістохімічного та статистичного методів досліджень. Проведеними дослідженнями встановлено, що топографія та будова печінки щурів на органному рівні в цілому не відрізняється від таких у людини. Печінка у даного виду тварин займає верхній поверх очеревинної порожнини, має дві поверхні, чотири частки, кожна з яких глибокими борознами розділяється на підчастки (частини). Середня маса печінки інтактних щурів дорівнює – 12,09±0,13 г, відношення маси печінки до маси тіла тварини складає 5,91±0,06. Єдиною суттєвою відмінністю слід вважати відсутність у білих щурів жовчного міхура, що накладає певні обмеження на використання даного виду тварин в якості експериментальних при моделюванні патологічних процесів гепатобіліарної системи. При вивченні структурної організації печінки білих щурів на мікроскопічному рівні встановлено, що остання не має принципових відмінностей від печінки людини і має часточкову будову. Часточки печінки білих щурів, як і в людей, на відміну від окремих видів ссавців, не відокремлюються одна від одної добре вираженими сполучнотканинними прошарками. Розташовані в два ряди органоспецифічні клітини печінки – гепатоцити формують печінкові балки, між якими розташовуються печінкові синусоїди. Середній діаметр синусоїд у інтактних тварин становить – 7,72±0,27 мкм. Гепатоцити мають добре виражену морфологічну гетерогенність, яка проявляється, в першу чергу, тинкторіальними властивостями і кількістю глікогену, що міститься в цитоплазмі. Середній показник площі гепатоцитів білих щурів становить – 432,5±40,93 мкм2. Середній діаметр ядер – 7,61±0,25 мкм. У печінкових синусоїдах розташовуються клітинні елементи, кількість яких становить 4,67±0,89 на 1500 мкм2. Се- ред останніх превалюють CD68+ клітини (46,8%), значно менше CD3+ (3%). Строма печінки представлена внутрішнє-органними сполучнотканинними утвореннями, що оточують внутрішнє-печінкові жовчні протоки, гілки ворітної вени та гілки власної печінкової артерії (портальні тракти). В цілому, в печінці інтактних білих щурів сполучна тканина займає 3,25±0,40% обсягу органу. У стромі печінки клітинні елементи фібробластичного ряду становлять 47% всієї клітинної популяції, на частку клітин гематогенного походження доводиться 53%. Серед цих клітинних елементів CD3+ клітини становлять 47,45 %, CD68+ клітини – 32,55 %. При додатковому введенні до харчового раціону комплексу харчових добавок має місце зміна коефіцієнта відношення маси печінки до маси тіла тварини. Даний показник зменшується до 4го тижня експерименту, потім поступово збільшується, і на 16 тижні знову проявляє негативну тенденцію. Спостерігається також зміна забарвлення органу, за рахунок появи включень жовтого забарвлення, ці зміни стають доволі вираженими з 8го тижня експерименту, після чого інтенсивність їх проявів знижується. Помітної зміни структурної організації печінки лабораторних тварин на органному рівні протягом експерименту не спостерігалося. Під впливом комплексу харчових добавок у печінці експериментальних тварин прогресивно збільшується кількість гепатоцитів з дистрофічними змінами (0,45±0,1 % у тварин контрольної групи, 11,19±1,18 % – на 16 тижнів експерименту). При цьому на ранніх етапах експерименту в гепатоцитах переважала жирова дистрофія, на пізніх етапах збільшувалася відносна кількість печінкових клітин з явищами гідропічної дистрофії. Починаючи з 4 тижнів експерименту в паренхімі печінки зустрічалися поодинокі гепатоцити з незворотними некротичними змінами, навколо яких формувалися осередкові запальні лімфо-плазмоцитарні інфільтрати. Додаткове введення до раціону тварин комплексу харчових добавок призвело до збільшення діаметра синусоїдних капілярів до 8,11±0,59 мкм на 8 тижні експерименту, після чого мала місце тенденція до стабілізації даного показника. Протягом перших 4 тижнів експерименту мало місце збільшення кількості синусоїдних клітин (на 28 % порівняно з контролем), після чого кількість останніх прогресивно зменшувалася і до закінчення експерименту даний показник на 18 % був менший від початкової величини. При цьому співвідношення між CD68+ і CD3+ клітинами в синусоїдах протягом експерименту суттєво не змінювалося. Встановлено, що додаткове введення в харчовий раціон комплексу харчових добавок призводить до прогресивного збільшення в печінці експериментальних тварин відносної кількості сполучної тканини до 13,62±1,55% на 16 тижні експерименту. Даний показник зростає за рахунок збільшення розмірів перипортальних сполучнотканинних утворень. У перипортальній сполучній тканині протягом перших чотирьох тижнів спостерігається зменшення відносної кількості клітин фібробластичного ряду (до 40 %), натомість збільшується відносна кількість клітин гематогенного походження, після чого відносна кількість фібробластів прогресивно збільшується і становить до закінчення експерименту 58 %, а відносна кількість клітин гематогенного походження відповідно зменшуеться. Серед клітинних елементів гематогенного походження на ранніх етапах експерименту переважають CD3+ клітини, на пізніх - CD68+.

Mustafina Н. M. Structural and functional features of the liver under the combined effect of food additives. – Qualifying scientific work on the rights of the manuscript. Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in the field of knowledge 22 "Health care" peciality 222 - "Medicine". – Poltava State Medical University, Poltava, 2023. The dissertation is devoted to the study of the structural and functional features of the liver of white rats under the influence of a complex of food additives (monosodium glutamate , sodium nitrite, Ponceau 4R), in the experiment. In the context of the technogenic world penetration into everyday life, including the food industry, the functional morphology of the liver, its reparative properties, structural changes under the influence of various endo - and exogenous factors are the object of numerous studies, because the liver itself is highly effective a biological barrier to both external and internal pathogenic factors. At the same time, protecting the entire body, the liver experiences a negative impact on its own tissue. The use of food additives in the product is allowed only if, according to the available data, their use does not pose a danger to the health of the consumer, it is technologically justified and does not mislead the consumer. The dose of each food additive in the product, as a rule, has certain limitations, which are based on research. The number of names of food additives in one product is increasing. At the same time, the study of the effect of food additives on the body deserves further detailed study, given that in some cases the harmful effects of some additives may be enhanced by the effects of others, even if their permissible doses are not exceeded. Given the above, the aim of our study was to investigate the structural and functional features of the rat liver under the combined effect of a set of the most common food additives, namely sodium glutamate, sodium nitrite and Ponceau 4R. To achieve this goal, we conducted an experimental study on 60 sexually mature outbred white rats of both sexes. The work was performed at the Department of Pathological Anatomy and Forensic Medicine and on the basis of the Experimental Biological Clinic of the Poltava State Medical University of the Ministry of Health of Ukraine. Prior to the experiment, the experimental animals were selected taking into account weight, age, fur condition, psychomotor activity, and then the control and experimental groups were formed. According to the research objectives, all animals were divided into 6 groups: control (n=10) and experimental (n=50) During the experiment, the animals were kept in an experimental biological clinic (vivarium) in standardized controlled conditions with constant parameters of temperature, humidity and light period; experimental animals were properly cared for, constant access to water was ensured, animals received standardized pelleted feed. The animals in the experimental groups (with unimpeded access to drinking water) received a daily dietary supplement of a complex of food additives consisting of: sodium nitrite (0.6 mg/kg), monosodium glutamate (20 mg/kg), ponzo 4R (5 mg/kg). The specified substances were administered orally in 0.5 ml of distilled water once a day. It should be noted that the dose of food additives received by the experimental animals during the experiment was half the permissible norm in food products. Animals were removed from the experiment after 1, 4, 8, 12, 16 weeks. The study of the structural and functional features of the liver under the conditions of the combined effect of food additives was carried out using: microscopic, morphometric, immunohistochemical and statistical research methods. The conducted studies have shown that the topography and structure of the rat liver at the organ level does not differ in general from that of humans. The liver of this species of animals occupies the upper floor of the peritoneal cavity, has two surfaces, four lobes, each of which is divided into subsections (parts) by deep furrows. The average weight of the liver of intact rats is 12.09±0.13 g, the ratio of the weight of the liver to the body weight of the animal is 5.91±0.06. The only significant difference should be considered the absence of a gall bladder in white rats, which imposes certain restrictions on the use of this species of animals as experimental animals in modeling pathological processes of the hepatobiliary system. When studying the structural organization of the liver of white rats at the microscopic level, it was found that the latter has no fundamental differences from the human liver and has a lobular structure. Lobes of the liver of white rats, as well as in humans, unlike some species of mammals, are not separated from each other by well-defined connective tissue layers. Arranged in two rows, organ-specific cells of the liver - hepatocytes form the liver beams, between which the liver sinusoids are located. The average diameter of sinusoids in intact animals is 7.72±0.27 μm. Hepatocytes have a well-defined morphological heterogeneity, which is manifested, first of all, by tinctorial properties and the amount of glycogen contained in the cytoplasm. The average indicator of the area of hepatocytes of white rats is 432.5±40.93 μm2. The average diameter of the nuclei is 7.61±0.25 μm. Cellular elements are located in the liver sinusoids, the number of which is 4.67±0.89 per 1500 μm2. Among the latter, CD68+ cells prevail (46.8%), CD3+ cells (3%) are significantly less. The stroma of the liver is represented by intra-organ connective tissue formations surrounding the intra-hepatic bile ducts, branches of the portal vein and branches of the own hepatic artery (portal tracts). In general, in the liver of intact white rats, the connective tissue occupies 3.25±0.40% of the organ volume. In the stroma of the liver, cellular elements of the fibroblastic series make up 47% of the entire cell population, the proportion of cells of hematogenous origin is 53%. Among these cellular elements, CD3+ cells make up 47.45%, CD68+ cells – 32.55%. With the additional introduction of a complex of food additives into the diet, there is a change in the ratio of the liver weight to the animal's body weight. This indicator decreases until the 4th week of the experiment, then gradually increases, and on the 16th week again shows a negative trend. A change in the color of the organ is also observed, due to the appearance of inclusions of yellow color, these changes become quite pronounced from the 8th week of the experiment, after which the intensity of their manifestations decreases. No noticeable changes in the structural organization of the liver of laboratory animals at the organ level were observed during the experiment. Under the influence of a complex of food additives, the number of hepatocytes with dystrophic changes in the liver of experimental animals progressively increases (0.45±0.1% in animals of the control group, 11.19±1.18% – by 16 weeks of the experiment). At the same time, in the early stages of the experiment, fatty dystrophy prevailed in hepatocytes, and in the later stages, the relative number of liver cells with the phenomena of hydropic dystrophy increased. Starting from the 4th week of the experiment, hepatocytes with irreversible necrotic changes were found in the liver parenchyma, and focal inflammatory lymphoplasmacytic infiltrates formed around them. Additional introduction of a complex of food additives into the diet of animals led to an increase in the diameter of sinusoidal capillaries to 8.11±0.59 μm in the 8th week of the experiment, after which there was a tendency to stabilize this indicator. During the first 4 weeks of the experiment, an increase in the number of sinusoidal cells was observed (by 28% compared to the control), after which the number of the latter progressively decreased and by the end of the experiment this indicator was 18% less than the initial value. At the same time, the ratio between CD68+ and CD3+ cells in sinusoids did not change significantly during the experiment. It has been established that the additional introduction of a complex of food additives into the diet leads to a progressive increase in the relative amount of connective tissue in the liver of experimental animals up to 13.62±1.55% over the 16 weeks of the experiment. This indicator increases due to the increase in the size of periportal connective tissue formations. In the periportal connective tissue, during the first four weeks, a decrease in the relative number of fibroblastic cells (up to 40 %) is observed, while the relative number of cells of haematogenous origin increases, after which the relative number of fibroblasts progressively increases and amounts to 58 % by the end of the experiment, and the relative number of cells of haematogenous origin decreases accordingly. Among the cellular elements of hematogenous origin, CD3+ cells predominate in the early stages of the experiment, and CD68+ cells in the later stages.