Histochemický průkaz těžkých kovů po perorální aplikaci v některých orgánech samic a jejich fétů u laboratorní myši (Mus musculus var. alba)

MUDr. Lenka Krejčířová, Ph.D.

Doctoral thesis

Histochemical detection of heavy metals after peroral administration in some organs of laboratory mice and their foetus

Abstract:

V práci byla studována histochemická distribuce olova, kadmia a rtuti a kovy způsobených strukturních změn v orgánech březích myších samic a jejích fétů po jejich perorální aplikaci v dávce 0,03 mg kovu na myš a den. Těžké kovy byly podávány březím samicím mezi 9. – 20. dnem březosti. Počátkem 21. dne březosti byla zvířata usmrcena cervikální dislokací a byly odebrány vzorky orgánů ze samic a jejich fétů (placenta, játra, ledviny). Vzorky byly fixovány ve formolu nebo glutaraldehydu syceném 5-10 minut H2S a zality podle standartního protokolu pro světelný a elektronový mikroskop. K vizualizaci kovů v řezech byl použit histochemický postup v úpravě Pearse (1972) spočívající v konverzi kovu v příslušný sulfid, který se následně konjuguje se stříbrem. Světelně mikroskopické nálezy Mikroskopická depozita těžkých kovů byla zjištěna: - v placentě v dolních dvou třetinách labyrintové vrstvy a celé spongiotrofoblastové vrstvě, a to především ve vazbě na erytrocyty a buňky trofoblastu, - v játrech březích samic v periferní zóně jaterního lalůčku v hepatocytech a Kupfferových buňkách, - v játrech fétů v trámcích hepatocytů, ve výstelce sinusoid a v erytrocytech, - v ledvinách samic a jejích fétů v kůře, a to především v buňkách epitelu proximálních a distálních tubulů, ojediněle i v ledvinných tělískách. Elektronově mikroskopické nálezy V buňkách s depozity kovů zjištěnými ve světelném mikroskopu, bylo zmapováno jejich rozložení v buněčných kompartmentech, z nichž reagovaly zejména následující: - jádra (ve vazbě na heterochromatin) a jadérka, lyzosomy a ribosomy granulárního endoplazmatického retikula u placent, - jádra, jadérka, lyzosomy, ribosomy granulárního endoplazmatického retikula a mitochondrie v játrech březích samic a fétů, - jádra a jadérka, lyzosomy, ribosomy granulárního endoplazmatického retikula a mitochondrie v ledvinách samic a fétů. Těžké kovy a strukturní změny orgánů Perorální aplikace kovů vyvolala v orgánech březích samic i fétů strukturní změny různého rozsahu: - v trofoblastových buňkách placenty defekty membrán jaderného obalu, prořídnutí nukleoplasmy s drobnými shluky chromatinu, nápadná projasnění v okolí jadérek, obliterace cisteren granulárního endoplazmatického retikula a odlučování ribosomů z cisteren, - v hepatocytech defekty jaderného obalu, obliteraci cisteren granulárního endoplazmatického retikula a odlučování ribosomů, edém mitochondrií, prořídnutí jejich matrix a porušení integrity vnitřní mitochondriální membrány, desintegraci a rozpad lyzosomů a vakuolizaci cytoplasmy, přičemž poškození fetálních hepatocytů bylo výraznější než u březích samic, - v ledvinách fétů již ve světelném mikroskopu dilataci ledvinných kanálků, snížení až vymizení jejich epitelové výstelky a porušení bazální membrány, zmenšení glomerulů a rozšíření intrakapsulární dutiny, v intersticiálním vazivu tvorbu extravaskulárních shluků krvinek; v ledvinách březích samic a fétů v elektronovém mikroskopu v buněčných jádrech prořídnutí karyoplasmy a tvorbu drobných kondenzací chromatinu, obliteraci cisteren granulárního endoplazmatického retikula a odlučování ribosomů z cisteren, desintegraci lyzosomální membrány až rozpad lyzosomů a vakuolizaci cytoplasmy. Zjištěné strukturní změny svědčí o zániku některých buněk nekrózou. Získané poznatky doplňují, upřesňují a rozšiřují stávající znalosti o mikroskopickém a submikroskopickém rozložení těžkých kovů a změnách způsobených v parenchymatózních orgánech laboratorních savců a jejích fétů po perorálním podávání.

Abstract:

Distribution of heavy metals and subsequently induced structural changes in some organs of female mice and mouse foetuses after peroral administration of moderate doses of lead, mercury, and cadmium (0.03 mg of metal per mouse and day) was studied in this study. Heavy metals were administered to female mice on days 9 – 20 of pregnancy. There after animals were euthanised by cervical dislocation. Samples of organs of female mice and foetuses were subsequently collected and processed by standard protocol for light and electron microscopy. Histochemical reaction based on metal conversion into appropriate sulphide that conjugates with silver was used for detection of heavy metals. By the light microscopy, deposits of heavy metals, were found : - in the placenta in labyrinthic and spongiotrophoblast region, namely in erythrocytes and trophoblast cells, - in the liver of pregnant mice at the periphery of hepatic lobules in hepatocytes and Kupffer cells, - in the liver of foetuses in hepatocytes, endothelial cells of capillaries and erythrocytes, - in the renal cortex of females and their foetuses, namely in the epithelial lining of proximal and distal tubules. By the electron microscopy, deposits of the reaction product were identified in compartments of cells reacting in the light microscope as follows: - in the nuclei and nucleoli, lysosomes and ribosomes of rough endoplasmic reticulum in the cells of the placenta, - in the nuclei and nucleoli, lysosomes, ribosomes of rough endoplasmic reticulum and mitochondria of hepatocytes and Kupffer cells in the liver of females and their foetuses, - in the nuclei and nucleoli, lysosomes, ribosomes of rough endoplasmic reticulum and mitochondria in the kidneys of females and their foetuses Structural changes caused by heavy metals were manifested: - in the trophoblast cells of placenta as a desintegration of nuclear envelope, decrease of nucleoplasm electron dension with the clumps of heterochromatin, obliteration of cisternae of the rough endoplasmic reticulum and separation of ribosomes, - in the hepatocytes by ruptures of nuclear envelope, obliteration of cisternae of the rough endoplasmic reticulum, separation of ribosomes, edematous mitochondria and destruction of lysosomes. Vacuolization of the cell cytoplasm was also a frequent phenomenon. Damage of hepatocytes was more expressive in the fetal than in the maternal cells, - in the kidneys of foetuses already at the light microscopic level with: dilatation of uriniferous tubules, decrease of height of their epithelia and defects of basement membrane, decreased size of glomeruli and enlargement of their urinary spaces, intersticial connective tissue extravascular clumps of blood cells; at the electron microscopic level: sparse of nucleoplasm with the clumps of heterochromatin in the cell nucleus, obliteration of cisternae of the rough endoplasmic reticulum and separation of ribosomes, destruction of lysosomes and vacuolization of cell cytoplasm seen in the kidneys of females and their foetuses. Observed structural changes show that some cells are destroyed by necrosis. High accumulation of metals in organs of pregnant mice and their foetuses was verified in our study. It is concluded that placental barrier does not provide against heavy metal penetration into the foetal organism. Higher accumulation of metals in foetal than in mother organs can be explained by intense metabolism of developing embryonic cells.

Keywords

těžké kovy, placenta, játra, ledviny, laboratorní myš, březí samice a plody

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 7. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 8. 11. 2010
• Supervisor: prof. MUDr. RNDr. Svatopluk Čech, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Anatomy, Histology and Embryology (4-years) / Anatomy, Histology and Embryology