vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2021-18-1-69-79vestim-734Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEПатоморфоз мерцательного эпителия респираторного тракта у детей с заболеваниями верхних и нижних дыхательных путей: ультраструктурный и наноскопический анализCiliated columnar epithelium pathomorphosis in children with upper and lower respiratory infections: ultrastructural and nanoscopic analysisАсташонокА. Н.AstashonokA. N.

Асташонок Андрей Николаевич – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Филимонова, 23, 220114, г. Минск, Республика Беларусь

Andrei N. Astashonok – Ph. D. (Biol.), Senior Researcher

23, Filimonov Str., 220114, Minsk, Republic of Belarus

micro.87@mail.ruПолещукН. Н.PoleshchukN. N.

Полещук Николай Николаевич – д-р мед. наук, профессор, гл. науч. сотрудник

ул. Филимонова, 23, 220114, г. Минск, Республика Беларусь

Nikalay N. Poleshchuk – D. Sc. (Med.), Professor, Chief Researcher

23, Filimonov Str., 220114, Minsk, Republic of Belarus

pnn@belriem.byРубаникЛ. В.RubanikL. V.

Рубаник Людмила Владимировна – канд. биол. наук, заведующий лабораторией

ул. Филимонова, 23, 220114, г. Минск, Республика Беларусь

Lyudmila V. Rubanik – Ph. D. (Biol.), Head of the Laboratory

23, Filimonov Str., 220114, Minsk, Republic of Belarus

rubaniklv@tut.byБобровничийВ. И.BobrovnichiyV. V.

Бобровничий Владимир Иванович – канд. мед. наук, доцент

ул. Лейтенанта Кижеватова, 60/1, 220024, г. Минск, Республика Беларусь

Vladimir I. Bobrovnichiy – Ph. D. (Med.), Associate Professor

60/1, Lieutenant Kizhevatov Str., 220024, Minsk, Republic of Belarus

vbobrovnichi@mail.ruПетрученяА. В.PetruchenyaA. V.

Петрученя Анастасия Викторовна – врач-педиатр

ул. Фрунзенская, 1, 223053, Минский район, Республика Беларусь

Anastasiya V. Petruchenya – Paediatrician

1, Frunzenskaya Str., 223053, Minsk region, Republic of Belarus

bukazoed@gmail.comРеспубликанский научно-практический центр эпидемиологии и микробиологииRepublican Research and Practical Center for Epidemiology and Microbiology3-я городская детская клиническая больница3th City Children’s Clinical HospitalМинская центральная районная больницаMinsk Central Regional Hospital2021230220211816979Copyright © Асташонок А.Н., Полещук Н.Н., Рубаник Л.В., Бобровничий В.И., Петрученя А.В., 20212021Асташонок А.Н., Полещук Н.Н., Рубаник Л.В., Бобровничий В.И., Петрученя А.В.Astashonok A.N., Poleshchuk N.N., Rubanik L.V., Bobrovnichiy V.V., Petruchenya A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/734

Охарактеризован цитоморфологический профиль соскобного эпителия носовой полости и в ряде случаев (26,19 %) биоптатов трахеи и бронхов у детей с острыми и хроническими заболеваниями дыхательной системы. Констатировано перераспределение реснитчатых эпителиоцитов носовой полости в пользу слизь-секретирующих (бокаловидных) клеток (группа острых респираторных инфекций – соотношение 2,3:1; группа хронических заболеваний легких (ХЗЛ)) – 1:2,4 при нормальных значениях данных показателей 5:1. У 28 (64,29 %) пациентов выявлена метаплазия слизистой на фоне локальной лейкоцитарной инфильтрации. С использованием атомно-силовой микро- скопии описан патоморфоз цитоплазматической мембраны реснитчатых эпителиоцитов, характеризующийся изменением параметров текстурированности (Ra, Rq, Rsk, Rmax, Rsk) и средней волнистости (Wa) их поверхности в группе ХЗЛ (Ra – 34,94 ± 7,8 нм; Rq – 41,26 ± 7,5; Rmax – 225,55 ± 44,43; Rsk – 1,2; Wa – 43,23 ± 12,4 нм) по сравнению с контролем (Ra – 7,22 ± 1,94 нм; Rq – 11,43 ± 1,83; Rmax – 111,83 ± 29,26; Rsk – 0,33; Wa – 83,81 ± 29,55 нм). Выявлены отклонения в микрогеометрии фактора формы ресничек, связанные с формированием аномально длинных цилий (10–12 мкм), уменьшением (0,095–0,15 мкм) и/или утолщением (0,3–0,4 мкм) их диаметра, а также пространственная дезориентация по типу «штопороподобного перекручивания». На основании электронномикроскопического анализа у двух пациентов идентифицирована патология наружных динеиновых ручек, что позволило установить наличие наследственно обусловленной аномалии аксонемы ресничек.

The cytomorphological profile of nasal epithelium in children with acute and chronic respiratory disorders was characterized. The redistribution of nasal ciliary epithelial cells in favor of the mucus-secreting (goblet) cells was observed (group with acute respiratory infection – ratio 2.3:1; group with chronic lung disease – 1:2.4) with normal values of these indicators 5:1 (control group). The mucosal metaplasia, against a background of local leukocyte infiltration, was detected among 28 patients (64.29 %). Using atomic force microscopy, the pathomorphosis of the cytoplasmic membrane ciliated epithelium was described, which characterized by the changes in roughness parameters (Ra, Rq, Rsk, Rmax, Rsk) and waviness (Wa) in group with chronic lung disease (Ra – 34.94 ± 7.8 nm, Rq – 41.26 ± 7.5, Rmax – 225.55 ± 44.43, Rsk – 1,2, Wa – 43.23 ± 12.4 nm) compared with control group (Ra – 7.22 ± 1.94 nm, Rq – 11.43 ± 1.83, Rmax – 111.83 ± 29.26, Rsk – 0.33, Wa – 83.81 ± 29.55 nm). Several deviations in microgeometry of the cilia form factor were revealed, which associated with formation of abnormally long cilia (10–12 μm), decreasing (0.095–0.15 μm) and/or a thickening (0.3–0.4 μm) of their diameter, as well as spatial disorientation like the “corkscrew twisting”. Based on the electron microscopic analysis, anomalies in external dynein arms of the cilia axoneme were revealed, which made it possible to confirmed in two patients the hereditary respiratory pathology.

атомно-силовая микроскопияпатоморфоз мерцательного эпителияцилиарная дискинезияультраструктурный анализatomic force microscopyciliary epithelium pathomorphosisciliary dyskinesiaultrastructural analysisReferencesNasal cytology: methodology with application to clinical practice and research / E. Heffler [et al.] // Clin. Exp. Allergy. – 2018. – Vol. 48, N 9. – P. 1092–1106. https://doi.org/10.1111/cea.13207Heffler E., Landi M., Caruso C., Fichera S., Gani F., Guida G. [et al.]. Nasal cytology: methodology with application to clinical practice and research. Clinical & Experimental Allergy, 2018, vol. 48, no. 9, pp. 1092–1106. https://doi.org/10.1111/cea.13207Nasal cytology with deep learning techniques / G. Dimauroa [et al.] // Int. J. Med. Inform. – 2019. – Vol. 122. – P. 13–19. https://doi.org/10.1016/j.ijmedinf.2018.11.010Dimauroa G., Ciprandi G., Deperte F., Girardi F., Ladisa E., Latrofa S., Gelardi M. Nasal cytology with deep learning techniques. International Journal of Medical Informatics, 2019, vol. 122, pp. 13–19. https://doi.org/10.1016/j.ijmedinf.2018.11.010Bustamante-Marin, X. M. Cilia and mucociliary clearance / X. M. Bustamante-Marin, L. E. Ostrowski // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. – 2017. – Vol. 9, N 4. – P. a028241. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a028241Bustamante-Marin X. M., Ostrowski L. E. Cilia and mucociliary clearance. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2017, vol. 9, no. 4, p. a028241. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a028241Белякова, Р. А. Риноцитограмма как метод диагностики аллергического ринита / Р. А. Белякова // Молод. ученый. – 2017. – № 12. – С. 120–123.Belyakova R. A. Rhinocytogram as a method for the diagnosis of allergic rhinitis. Molodoi uchenyi [Young scientist], 2017, no. 12, pp. 120–123 (in Russian).NASAL cytology: practical aspects and clinical relevance / M. Gelardi [et al.] // Clin. Exp. Allergy. – 2016. – Vol. 46, N 6. – P. 785–792. https://doi.org/10.1111/cea.12730Gelardi M., Iannuzzi L., Quaranta N., Landi M., Passalacqua G. NASAL cytology: practical aspects and clinical relevance. Clinical and Experimental Allergy, 2016, vol. 46, no. 6, pp. 785–792. https://doi.org/10.1111/cea.12730Лаберко, Е. Л. Современные представления о регуляции мукоцилиарного клиренса / Е. Л. Лаберко, М. Р. Богомильский // Вестн. Рос. гос. мед. ун-та. – 2015. – № 1. – С. 60–64.Laberko E. L., Bogomil’skii M. R. Modern views on the regulation of mucociliary clearance. Vestnik Rossiiskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta [Bulletin of the Russian State Medical University], 2015, no. 1, pp. 60–64 (in Russian).Таточенко, В. К. Болезни органов дыхания у детей / В. К. Таточенко. – М. : Педиатрия, 2012. – 482 с.Tatochenko V. K. Respiratory disorders in children. Moscow, Pediatriya Publ., 2012. 482 p. (in Russian).Afzelius, B. A. Cilia-related diseases / B. A. Afzelius // J. Pathol. – 2004. – Vol. 204, N 4. – P. 470–477. https://doi.org/10.1002/path.1652Afzelius B. A. Cilia-related diseases. Journal of Pathology, 2004, vol. 204, no. 4, pp. 470–477. https://doi.org/10.1002/path.1652Shapiro, A. J. Value of transmission electron microscopy for primary ciliary dyskinesia diagnosis in the era of molecular medicine: genetic defects with normal and non-diagnostic ciliary ultrastructure / A. J. Shapiro, M. W. Leigh // Ultrastruct. Pathol. – 2017. – Vol. 41, N 6. – P. 373–385. https://doi.org/10.1080/01913123.2017.1362088Shapiro A. J., Leigh M. W. Value of transmission electron microscopy for primary ciliary dyskinesia diagnosis in the era of molecular medicine: Genetic defects with normal and non-diagnostic ciliary ultrastructure. Ultrastructural Pathology, 2017, vol. 41, no. 6, pp. 373–385. https://doi.org/10.1080/01913123.2017.1362088Атомно-силовая микроскопия: конструирование биочипов для детекции и изучения поверхностной структуры инфекционных агентов на нанометровом уровне / А. Н. Асташонок [и др.] // Мед. новости. – 2018. – № 2. – С. 69–74.Astashonok A. N., Poleshchuk N. N., Rubanik L. V., Zhavnerko G. K. Atomic-force microscopy: construction of biochips for detection and study at nanometer level the surface structure of the infectious agents. Meditsinskie novosti [Medical news], 2018, no. 2, pp. 69–74 (in Russian).Миронов, А. А. Методы электронной микроскопии в биологии и медицине / А. А. Миронов, Я. Ю. Комиссарчик, В. A. Миронов. – СПб. : Наука, 1994. – 400 с.Mironov A. A., Komissarchik Ya. Yu., Mironov V. A. Electron microscopy methods in biology and medicine. St. Petersburg, Nauka Publ., 1994. 400 p. (in Russian).Scherzad, A. Current understanding of nasal epithelial cell mis-differentiation / A. Scherzad, R. Hagen, S. J. Hackenberg // Inflamm. Res. – 2019. – Vol. 12. – P. 309–317. https://doi.org/10.2147/jir.s180853Scherzad A., Hagen R., Hackenberg S. Current understanding of nasal epithelial cell mis-differentiation. Journal of Inflammation Research, 2019, vol. 12, pp. 309–317. https://doi.org/10.2147/jir.s180853Ciliocytophthoria: cytomorphologic modifications in viral infections of the nasal mucosa / M. Gelardi [et al.] // J. Cytol. Histol. – 2016. – Vol. 7, N 2. – P. 1–3. https://doi.org/10.4172/2157-7099.1000s5:005Gelardi M., Lannuzzi L., Seccia V., Quaranta N. Ciliocytophthoria: cytomorphologic modifications in viral infections of the nasal mucosa. Journal of Cytology and Histology, 2016, vol. 7, no. 2, pp. 1–3. https://doi.org/10.4172/2157-7099.1000s5:005Gudis, D. Acquired cilia dysfunction in chronic rhinosinusitis / D. Gudis, K.-Q. Zhao, N. A. Cohen // Am. J. Rhinol. Allergy. – 2012. – Vol. 26, N 1. – P. 1–6. https://doi.org/10.2500/ajra.2012.26.3716Gudis D., Zhao K.-Q., Cohen N. A. Acquired cilia dysfunction in chronic rhinosinusitis. American Journal of Rhinology and Allergy, 2012, vol. 26, no. 1, pp. 1–6. https://doi.org/10.2500/ajra.2012.26.3716Toskala, E. Scanning electron microscopy findings of human respiratory cilia in chronic sinusitis and in recurrent respiratory infections / E. Toskala, J. Nuutinen, M. Rautianen // J. Laryngol. Otol. – 1995. – Vol. 109, N 6. – P. 509–514. https://doi.org/10.1017/s0022215100130580Toskala E., Nuutinen J., Rautianen M. Scanning electron microscopy findings of human respiratory cilia in chronic sinusitis and in recurrent respiratory infections. Journal of Laryngology and Otology, 1995, vol. 109, no. 6, pp. 509–514. https://doi.org/10.1017/s0022215100130580Abnormal length of cilia – a cause of primary ciliary dyskinesia – a case report / B. Niggemann [et al.] // Eur. J. Pediatr. – 1992. – Vol. 151, N 1. – P. 73–75. https://doi.org/10.1007/bf02073899Niggemann B., Miiller A., Nolte A., Schnoy N., Wahn U. Abnormal length of cilia – a cause of primary ciliary dyskinesia – a case report. European Journal of Pediatrics, 1992, vol. 151, no. 1, pp. 73–75. https://doi.org/10.1007/bf02073899Ciliary disorientation alone as a cause of primary ciliary dyskinesia syndrome / C. F. Rayner [et al.] // Am. J. Respir. Crit. Care Med. – 1996. – Vol. 153, N 3. – P. 1123–1129. https://doi.org/10.1164/ajrccm.153.3.8630555Rayner C. F., Rutman A., Dewar A., Greenstone M. A., Wilson R. Ciliary disorientation alone as a cause of primary ciliary dyskinesia syndrome. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 1996, vol. 153, no. 3, pp. 1123–1129. https://doi.org/10.1164/ajrccm.153.3.8630555Ciliary central microtubular orientation is of no clinical significance in bronchiectasis / K. W. Tsang [et al.] // Respir. Med. – 2005. – Vol. 99, N 3. – P. 290–297. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2004.08.005Tsang K. W., Tipoe G. L., Mak J. C., Sun J., Wong M., Leung R. [et al.]. Ciliary central microtubular orientation is of no clinical significance in bronchiectasis. Respiratory Medicine, 2005, vol. 99, no. 3, pp. 290–297. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2004.08.005Первичная цилиарная дискинезия у детей / A. A. Баранов [и др.] // Педиатр. фармакол. – 2018. – Т. 15, № 1. – С. 20–31.Baranov A. A., Namazova-Baranova L. S., Vishneva E. A., Selimzyanova L. R., Bakradze M. D., Tsygina E. N., Lazareva A. V., Katosova L. K., Gorinova Yu. V., Kustova O. V. Primary ciliary dyskinesia in children. Pediatricheskaya farmakologiya [Pediatric pharmacology], 2018, vol. 15, no. 1, pp. 20–31 (in Russian).Богорад, А. Е. Первичная цилиарная дискинезия: современные подходы к диагностике и терапии / А. Е. Бого- рад, С. E. Дьякова, Ю. Л. Мизерницкий // Рос. вестн. перинатологии и педиатрии. – 2019. – № 5. – С. 123–133.Bogorad A. E., D’yakova S. E., Mizernitskii Yu. L. Primary ciliary dyskinesia: modern approaches for diagnosis and therapy. Rossiiskii vestnik perinatologii i pediatrii [Russian bulletin of perinatology and pediatrics], 2019, no. 5, pp. 123–133 (in Russian).Primary ciliary dyskinesia (PCD): a genetic disorder of motile cilia / M. W. Leigh [et al.] // Transl. Sci. Rare Dis. – 2019. – Vol. 4, N 1–2. – P. 51–75. https://doi.org/10.3233/trd-190036Leigh M. W., Horani A., Kinghorn B., O’Connor M. G., Zariwala M. A., Knowles M. R. Primary ciliary dyskinesia (PCD): a genetic disorder of motile cilia. Translational Science of Rare Diseases, 2019, vol. 4, no. 1–2, pp. 51–75. https://doi.org/10.3233/trd-190036

The authors declare that there are no conflicts of interest present.