Ромащенко А.В., Петровский Д.В., Мошкин М.П.

У грызунов функциональным особенностям носовой полости соответствует неоднородность обонятельного эпителия

Фото с сайта www.mpg.de

Ранее группой ученых из Новосибирска была показана специфическая геометрия носовых ходов грызунов, определяющая неоднородность аэродинамических свойств обонятельной системы в разных ее отделах. Такая геометрия позволяет минимизировать осаждения пылевых частиц в одних зонах (обонятельных) и, наоборот, усиливать осаждение в других (очищающих) зонах. В новых исследованиях методом магнитно-резонансной томографии показано, что эффективность поглощения пылевых частиц (в эксперименте – магнитно-контрастных соединений) обонятельным эпителием не везде одинакова. Установлено, что интенсивность захвата частиц эпителием связана с механизмами эндоцитоза, которые различаются в эпителии разных отделов носовой полости. Неоднородность эпителия носовых ходов сопряжена с выявленными ранее морфо-функциональными зонами обонятельной системы.

Концентрация твердых аэрозолей, как правило, достигает наибольших значений в приземном слое атмосферы, в котором живут многие виды млекопитающих, включая домовых мышей. Вдыхаемый ими воздух содержит широкий спектр субмикронных и наноразмерных объектов, в том числе, вирусы, бактерии, споры грибов, нерастворимые наночастицы органической и неорганической природы. Нерастворимые аэрозоли оседают на слизистых верхних или нижних дыхательных путей, всасываются в кровь и накапливаются во внутренних органах, но их проникновение из сосудистого русла в головной мозг ограничивает гемато-энцефалический барьер (ГЭБ). Однако есть возможность для поступления частиц субмикронной и наноразмерной пыли, а также вирусов и бактерий из носовой полости в мозг в обход ГЭБ. Первые доказательства прямого поступления наноаэрозолей из носовой полости в мозг были получены в сороковые годы (Faber et al., 1944) при интраназальном заражении обезьян вирусом полиомиелита. Далее были выполнены многочисленные эксперименты с наноразмерными объектами органической и неорганической природы, которые показали, что эти объекты захватываются окончаниями обонятельных нервов и перемещаются путем аксонального транспорта в различные структуры головного мозга, преодолевая синаптические передачи. Патологические последствия поступления в мозг многих нанообъектов, в частности нейротропных вирусов, доказаны экспериментальными исследованиям и клиническими наблюдениями.

Поскольку вдыхание субмикронной и наноразмерной пыли является неизбежным атрибутом среды обитания многих видов животных, то возникает вопрос о защите организма и, в частности, головного мозга, от чрезмерного поступления наночастиц. Известные механизмы защиты от пыли – слизистые железы и реснички – не обеспечивают полного освобождения обонятельного эпителия от наноразмерных загрязнителей. Однако частичное ограничение пылевой контаминации (загрязнения) может быть достигнуто за счет особой геометрии носовой полости, предопределяющей неоднородность воздушных потоков и, соответственно, неравномерность осаждения наночастиц на слизистых поверхностях носа. Одно из первых доказательств эффективности подобного механизма было получено при сравнительном исследовании воздушных потоков в носовых полостях у грызунов различной экологической специализации (см. популярный синопсис Осаждение аэрозолей в носовых ходах норных и наземных грызунов при дыхании в запыленной среде). Было установлено, что у обыкновенной слепушонки, которая как представитель норных видов подвержена значительной нагрузке пылью, геометрия носовой полости создает условия для меньшего осаждения наночастиц на поверхности ольфакторного эпителия по сравнению с таковым у близкого по размеру представителя наземных животных – домовой мыши (Мошкин и др., 2014). В этих же исследованиях было выявлено неравномерное осаждение наночастиц в различных отделах носовой полости, в том числе и в различных областях ольфакторного эпителия. Эта неоднородность сочетается с зональной организацией ольфакторной системы, которая проявляется в том, что рецепторы к наиболее летучим соединениям сосредоточены в области максимальной скорости воздушного потока (дорзальная часть), а рецепторы к менее летучим соединениям сосредоточенны в вентральной части носа. Увеличение скорости потока в отдельных областях носовой полости позволяет, с одной стороны, ускорить поступление запаховых стимулов к ольфакторным рецепторам, а, с другой стороны, увеличивает риск воздействия на данную область различных патогенов, содержащихся в воздушном потоке, вследствие большей интенсивности их осаждения. В данном исследовании, с помощью марганец-усиленной магнитно-резонансной томографии (МРТ), мы показали, что при интраназальном введении коллоидного раствора наночастиц оксида марганца (НОМ, Мn3О4) в вентральной части ольфакторного эпителия мышей происходит более интенсивный захват нерастворимых частиц, чем в дорсальной. Совместное введение НОМ и специфических блокаторов аксонального транспорта и эндоцитоза (захвата кусочков вещества внутрь клеток), показало, что частицы поступают из носовой полости с помощью эндоцитоза и транспортируются в клетки обонятельной луковицы посредством аксонального транспорта. При этом, в дорсальной части ольфакторного эпителия в отличие от вентральной, основной вклад в захват НОМ вносит клатрин-зависимый тип эндоцитоза. Таким образом, было установлено, что две функциональные области ольфакторного эпителия мыши, отличающиеся по интенсивности осаждения субмикронных аэрозолей, демонстрируют различную интенсивность захвата нерастворимых частиц из носовой полости и имеют различия в механизмах эндоцитоза. Следовательно, структурная и функциональная организация носовой полости мыши полностью отвечают принципу адаптивной конгруэнтности (сопряженности), который ограничивает инфекционные и токсические воздействия наноаэрозолей на клетки обонятельного эпителия и головной мозг.


0
Написать комментарий

    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»