Патоморфологічні зміни внутрішніх органів щурів за умови впливу завислих ультрадисперсних частинок промислового аерозолю

Abstract

Вступ. Дослідження впливу наночастинок, які мають особливі фізико-хімічні властивості, на організм дослідних тварин і людини є одним з пріоритетних напрямків сучасної токсикології. Утворення ультрадисперсних частинок < 100 нм під час окремих технологічних процесів, які можуть діяти подібно наночастинкам, також викликають занепокоєння стосовно можливих ризиків для здоров’я працюючих. Мета дослідження. Оцінка патоморфологічних змін внутрішніх органів щурів за умови експозиції ультрадисперсними частинками, що утворюються на робочому місці плавильника металу. Матеріали та методи дослідження. Під час експерименту у щурів лінії Вістар моделювали субхронічну інтоксикацію ультрадисперсними частинками, відібраними на робочому місці плавильника металу. Тваринам вводили колоїдний розчин ультрадисперсних частинок внутрішньоочеревинно впродовж 6 тижнів у дозі 1 мл на 100 г маси тіла (кількісна концентрація 142358 частинок/см3). Структурні зміни у внутрішніх органах досліджували на 6 та 12 тиждень експерименту з використанням програми морфометрії Відеотест - Морфологія 5.2.0.158.ось та мікроскопу Axio Scope A1 «Carl Zeiss» (Німеччина) з камерою Jenoptik Рrogres gryphax® серии SUBRA (Німеччина). Результати дослідження. На 12 тиждень експерименту визначалися патоморфологічні зміни у всіх внутрішніх органах, які мали різний ступень вираженості. У легенях виявлено дистальну ацинарну емфізему з потоншенням міжальвеолярних перегородок та зменшенням капілярної мережі. Одночасно спостерігалися ділянки потовщення перегородок з лімфо-макрофагальною інфільтрацією та дистрофічні зміни бронхіального епітелію з вогнищевою десквамацією та запальною інфільтрацією підслизового шару бронхів. В печінці спостерігалися збільшення гепатоцитів з оптичною прозорістю цитоплазми, повнокрів'я та зменшення просвіту синусоїдів, що вказує на набряк або застій крові. Виявлено помірну вакуолізацію та зернистість гепатоцитів. Відзначалося збільшення деструктивно змінених клітин в лімфоїдних структурах селезінки, повнокрів'я червоної пульпи, поява молодих лімфоїдних клітин в судинах та збільшення кількості ретикулярних клітин. Патоморфологічні зміни в міокарді обмежувались поодинокими вогнищами з нерівномірним забарвленням цитоплазми кардіоміоцитів, змінами ядер, каріопікнозом та втратою поперечної смугастості. У нирках експериментальної групи більшість клубочків зберегли нормальну структуру, в окремих відзначалося помірне збільшення мезангіальних клітин без скупчень, канальцевий апарат майже не зазнав змін. В головному мозку спостерігалися поодинокі вогнища пікнотичних нейронів з інтенсивним забарвленням, стаз в дрібних капілярах, при збереженій компактності паренхіми без набряку. Висновки. У дослідних щурів за впливу завислих ультрадисперсних частинок на 12 тиждень експерименту в структурі внутрішніх органів спостерігали склеротичні, дистрофічні, дисциркуляторні зміни та запальні процеси, які більше були виражені у легеневій тканині, селезінці та паренхімі печінки, менше – у міокарді, нирках та головному мозку. Виявлені патоморфологічні зміни внутрішніх органів свідчать про наявну токсичну дію ультрадисперсних частинкок, що утворюються під час плавлення металу. Introduction. The investigation of nanoparticles, materials with unique physicochemical properties, and their effects on the bodies of experimental animals and humans is a key focus of contemporary toxicology. Particular concern arises from the formation of ultrafine particles (<100 nm) during various industrial processes, as these particles can behave like engineered nanoparticles and may pose potential health risks to exposed workers. Objective. To assess the pathomorphological changes in the internal organs of rats exposed to ultrafine particles generated in the workplace environment of a metal smelting facility. Materials and methods. During the experiment, subchronic intoxication with ultrafine particles collected at the workplace of the metal smelter was simulated in Wistar rats. The animals were being administered a colloidal solution of ultrafine particles intraperitoneally for 6 weeks at a dose of 1 ml per 100 g of body weight (quantitative concentration of 142358 particles/cm3). Structural changes in internal organs were studied at the 6th and the 2th weeks of the experiment using the morphometry program Videotest - Morphology 5.2.0.158.axis and the Axio Scope A1 microscope “Carl Zeiss” (Germany) with a Jenoptik Progres gryphax® SUBRA series camera (Germany). Results. By the 12th week of the experiment, pathomorphological changes were observed in all internal organs, exhibiting varying degrees of severity. In the lungs, distal acinar emphysema was noted, characterized by thinning of the interalveolar septa and a reduction in the capillary network. Additionally, areas of septal thickening with lympho-macrophage infiltration were identified, along with dystrophic changes in the bronchial epithelium, including focal desquamation and inflammatory infiltration of the bronchial submucosa. In the liver, an increased number of hepatocytes with optically clear cytoplasm was observed, along with sinusoidal narrowing and evidence of pleurisy, suggesting edema or blood stasis. Moderate vacuolization and granularity of hepatocytes were also present. In the spleen, an increased number of destructively altered cells was found in lymphoid structures, accompanied by red pulp pleurisy, the appearance of young lymphoid cells within vessels, and a rise in reticular cell count. Myocardial changes were limited to isolated foci, showing uneven cytoplasmic staining in cardiomyocytes, nuclear alterations, karyopyknosis, and partial loss of transverse striation. In the kidneys, most glomeruli maintained normal architecture, though some displayed a moderate increase in mesangial cells without clustering. The tubular structures remained largely unaffected. In the brain, single foci of pyknotic neurons with intense staining were observed, along with stasis in small capillaries. Parenchymal compactness was preserved, and no signs of edema were detected. Conclusion. In experimental rats exposed to suspended ultrafine particles over a 12-week period, sclerotic, dystrophic, dyscirculatory, and inflammatory changes were observed in the internal organs. These alterations were most pronounced in the lung tissue, spleen, and liver parenchyma, and to a lesser extent in the myocardium, kidneys, and brain. The pathomorphological changes identified in these organs indicate a clear toxic effect of ultrafine particles generated during the metal smelting process.