zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2024-64-9-588-594kfgkmjzurniimtpe-3561Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESМакрофагальная гиперфункция как клеточный пусковой механизм фибропластических изменений внутренних органов при пневмокониозе у шахтёровMacrophage hyperfunction as a cellular trigger for fibroplastic changes in internal organs in pneumoconiosis among minershttps://orcid.org/0000-0002-5821-3100БондаревОлег ИвановичBondarevOleg I.

Заведующий лабораторией патоморфологии производственно обусловленных заболеваний, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний», заведующий кафедрой патологической анатомии и судебной медицины Новокузнецкого государственного института усовершенствования врачей — филиала ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава России, д-р мед. наук, доцент

e-mail: gis.bondarev@yandex.ru

Head of the Laboratory for Pathomorphology of Industrial-Related Diseases, Research Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational Diseases, Head of the Department of Pathological Anatomy and Forensic Medicine of the Novokuznetsk State Institute for Advanced Medical Studies — branch of the Russian Medical Academy of Continuous Professional Education, Dr. of Sci. (Med.), Associate Professor

e-mail: gis.bondarev@yandex.ru

gis.bondarev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3692-2616БугаеваМария СергеевнаBugaevaMaria S.

Старший научный сотрудник лаборатории патоморфологии производственно обусловленных заболеваний, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний», канд. биол. наук

e-mail: bugms14@mail.ru

Senior Researcher of the Laboratory for Pathomorphology of Industrial-Related Diseases, Research Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational Diseases, Cand. of Sci. (Biol.)

e-mail: bugms14@mail.ru

bugms14@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2657-3862УлановаЕвгения ВикторовнаUlanovaEvgeniya V.

Старший научный сотрудник лаборатории патоморфологии производственно обусловленных заболеваний, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний», канд. биол. наук

e-mail: sledui_mechte@mail.ru

Senior Researcher of the Laboratory for Pathomorphology of Industrial-Related Diseases, Research Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational Diseases, Cand. of Sci. (Biol.)

e-mail: sledui_mechte@mail.ru

sledui_mechte@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5665-2604КизиченкоНаталья ВикторовнаKizichenkoNatalya V.

Старший научный сотрудник лаборатории патоморфологии производственно обусловленных заболеваний, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний», канд. биол. наук

e-mail: natakiz8@mail.ru

Senior Researcher of the Laboratory for Pathomorphology of Industrial-Related Diseases, Research Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational Diseases, Cand. of Sci. (Biol.)

e-mail: natakiz8@mail.ru

natakiz8@mail.ruФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний»; Новокузнецкий государственный институт усовершенствования врачей — филиал ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияResearch Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational Diseases; Novokuznetsk State Institute for Further Training of Physicians — Branch Campus of the “Russian Medical Academy of Continuous Professional Education” of the Ministry of Healthcare of the Russian FederationRussian FederationФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний»РоссияResearch Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational DiseasesRussian Federation202414102024649588594Copyright © Бондарев О.И., Бугаева М.С., Уланова Е.В., Кизиченко Н.В., 20242024Бондарев О.И., Бугаева М.С., Уланова Е.В., Кизиченко Н.В.Bondarev O.I., Bugaeva M.S., Ulanova E.V., Kizichenko N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/3561Введение

Введение. Значительная распространённость антракосиликоза и силикоза, характеризующихся быстрым развитием пневмофиброза у рабочих угольных шахт, является серьёзной социально значимой проблемой во всем мире. Ключевым компонентом патогенеза пневмокониозов выступает макрофагальная реакция на фиброгенную пыль, которая представляет собой комплексный иммунологический ответ, при длительной и интенсивной экспозиции приводящий к хроническому воспалению в различных органах и системах, фиброзу и прогрессирующему снижению их функций. Глубокое понимание и оценка макрофагальной реакции как потенциального биомаркёра для диагностики поражения лёгких у шахтёров позволит разработать более эффективные стратегии борьбы с пылевыми поражениями органов и систем.

Цель исследования — изучение макрофагальной гиперфункции как пускового механизма фибропластических изменений внутренних органов при пневмокониозе у шахтёров.

Материалы и методы

Материалы и методы. С помощью световой микроскопии проведены расширенные цитологические, гистологические и иммуногистохимические исследования мазков-отпечатков бронхов и аутопсийного материала (фрагменты бронхов, лёгких, сердца, печени и почек) 50 шахтёров угольных предприятий Кузбасса, погибших одновременно при техногенной катастрофе. Для комплексной оценки патоморфологических изменений применяли морфометрический анализ гистологических структур с измерением линейных размеров.

Результаты

Результаты. Показано резкое увеличение в лёгких шахтёров количества и размеров активно фагоцитирующих альвеолярных макрофагов, загруженных пылевыми частицами. Патологические изменения во внутренних органах характеризовались выраженным фиброзом в перибронхиальных и периваскулярных зонах, строме с отложением пылевых частиц и выраженной макрофагальной реакцией. В группе шахтёров со стажем работы более 15 лет в центральных и дистальных отделах лёгких, в межмышечных зонах миокарда, области портальных трактов печени, центральных сегментах почек отмечалось постоянное увеличение экспрессии иммуногистохимических маркёров CD14, CD34, актина и виментина, что может быть использовано в качестве диагностических маркёров для идентификации макрофагального воспаления и фиброза, позволит оценить степень выраженности патологического процесса. Характерной особенностью большого стажа пылевого воздействия у шахтёров было наличие прогрессирующего резко выраженного периваскулярного склероза, выходящего за пределы сосудистого гистиона. В зонах склероза определялись клетки фибропластического типа с положительной экспрессией CD14, CD31 и CD34.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Отсутствие цитогенетического и электронно-микроскопического исследования, которое предполагается в дальнейшем в совокупности с расширением спектра иммуногистохимических методов исследования.

Выводы

Выводы. Результаты расширенных патоморфологического и цитологического исследований подчёркивают важность комплексного подхода к диагностике профессиональных заболеваний в угольной промышленности. Применение совокупности данных методов позволит своевременно выявлять макрофагальное воспаление и фиброзный процесс при пылевой патологии, специфические изменения на клеточном и тканевом уровнях, а также оценивать степень тяжести патологического процесса.

Этика

Этика. Изучение аутопсийного материала основывалось на вторичной экспертизе блоков и готовых гистологических микропрепаратов (стёкол) материала бюро судебно-медицинской экспертизы г. Новокузнецка, г. Осинники, г. Прокопьевска. Исследования патоморфологического материала проводились строго на основании Федерального закона от 21.11.2011 г. № 323-ФЗ «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации», в частности статьи 67 «Проведение патолого-анатомических вскрытий», Федерального закона от 12.01.1996 г. № 8-ФЗ «О погребении и похоронном деле» (статья 5, пп. 1, 2), а также в соответствии с Приказом Минздрава России от 06.06.2013 № 354н «О порядке проведения патолого-анатомических вскрытий», Приказом Минздрава России от 24.03.2016 № 179н «О Правилах проведения патолого-анатомических исследований».

Участие авторов

Участие авторов:Бондарев О.И. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста;Бугаева М.С. — сбор и обработка данных, редактирование;Уланова Е.В. — сбор и анализ литературы;Кизиченко Н.В. — сбор и анализ литературы.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления

Дата поступления: 30.05.2024 / Дата принятия к печати: 19.09.2024 / Дата публикации: 10.10.2024

Introduction

Introduction. The significant prevalence of anthracosilicosis and silicosis, characterized by the rapid development of pneumofibrosis in coal mine workers, is a serious socially significant problem worldwide. A key component of the pathogenesis of pneumoconiosis is the macrophage reaction to fibrogenic dust, which is a complex immunological response, with prolonged and intense exposure leading to chronic inflammation in various organs and systems, fibrosis and a progressive decrease in their functions. A deep understanding and evaluation of the macrophage reaction as a potential biomarker for the diagnosis of lung damage in miners will allow us to develop more effective strategies to combat dust damage to organs and systems.

The study aims to consider macrophage hyperfunction as a trigger mechanism for fibroplastic changes in internal organs in pneumoconiosis in miners.

Materials and methods

Materials and methods. Using light microscopy, specialists conducted extended cytological, histological and immunohistochemical studies of bronchial smears and autopsy material (fragments of bronchi, lungs, heart, liver and kidneys) of 50 miners of Kuzbass coal enterprises who died simultaneously as a result of a man-made disaster. Morphometric analysis of histological structures with measurement of linear dimensions was used for a comprehensive assessment of pathomorphological changes.

Results

Results. There was a sharp increase in the number and size of actively phagocytic alveolar macrophages loaded with dust particles in the lungs of miners. Pathological changes in internal organs were characterized by pronounced fibrosis in the peribronchial and perivascular zones, stroma with deposition of dust particles and a pronounced macrophage reaction. In a group of miners with more than 15 years of experience in the central and distal parts of the lungs, in the intermuscular zones of the myocardium, the portal tracts of the liver, and the central segments of the kidneys, there was a constant increase in the expression of immunohistochemical markers CD14, CD34, actin and vimentin, which can be used as diagnostic markers for the identification of macrophage inflammation and fibrosis, will allow to assess the degree of severity of the pathological process. A characteristic feature of the miners' long experience of dust exposure was the presence of progressive pronounced perivascular sclerosis extending beyond the vascular histione. Experts found fibroblastic cells with positive expression of CD14, CD31 and CD34 in the sclerotic zones.

Limitation

Limitation. The absence of cytogenetic and electron microscopic examination, which is expected in the future in conjunction with the expansion of the range of immunohistochemical research methods.

Conclusion

Conclusion. The results of extended pathomorphological and cytological studies emphasize the importance of an integrated approach to the diagnosis of occupational diseases in the coal industry. The use of a combination of these methods will allow timely detection of macrophage inflammation and fibrous process in dust pathology, specific changes at the cellular and tissue levels, as well as to assess the severity of the pathological process.

Ethics

Ethics. The study of autopsy material was based on a secondary examination of blocks and ready-made histological micro-preparations (glasses) of the material of the Bureau of Forensic Medical examination of Novokuznetsk, Osinniki, Prokopyevsk. The studies of pathomorphological material were carried out strictly on the basis of Federal Law No. 323-FZ dated 11/21/2011 "On the Basics of Protecting the Health of Citizens in the Russian Federation", in particular Article 67 "Conducting pathological anatomical autopsies", Federal Law No. 8-FZ dated 12.01.1996 "On Burial and Funeral Business" (Article 5, pp. 1, 2), as well as in accordance with the Order of the Ministry of Health of the Russian Federation dated 06.06.2013 No. 354n "On the procedure for conducting pathological anatomical autopsies", Order of the Ministry of Health of the Russian Federation dated 03/24/2016 No. 179n "On the Rules for conducting pathological anatomical studies".

Contribution

Contribution:Bondarev O.I. — the concept and design of the study, data collection and processing, writing the text;Bugaeva M.S. — data collection and processing, the editing;Ulanova E.V. — collection and analysis of literature;Kizichenko N.V. — collection and analysis of literature.

Funding

Funding. The study had no funding.

Conflict of interests

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.

Received

Received: 30.05.2024 / Accepted: 19.09.2024 / Published: 10.10.2024

шахтёрыфиброзпневмокониозпрофессиональные заболеваниямакрофагидиагностикалечениеminersfibrosispneumoconiosisoccupational diseasesmacrophagesdiagnosistreatmentReferencesSaketkoo L.A., Escorpizo R., Varga J., Keen K.J., Fligelstone K., Birring S.S., et al. World Health Organization (WHO) International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF) Core Set Development for Interstitial Lung Disease. Front Pharmacol. 2022; 13: 979788. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.979788Saketkoo L.A., Escorpizo R., Varga J., Keen K.J., Fligelstone K., Birring S.S., et al. World Health Organization (WHO) International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF) Core Set Development for Interstitial Lung Disease. Front Pharmacol. 2022; 13: 979788. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.979788Бабанов С.Л., Стрижаков A.A., Лебедева М.В., Фомин В.В., Будаш Д.С., Байкова А.Г. Пневмокониозы: современные взгляды. Терапевтический архив. 2019; 91(3): 107–13. https://doi.org/10.26442/00403660.2019.03.000066 https://elibrary.ru/zdfpdvBabanov S.A., Strizhakov L.A., Lebedeva M.V., Fomin V.V., Budash D.S., Baikova A.G. Pneumoconiosises: modern view. Terapevticheskiy arkhiv. 2019; 91(3): 107–13. https://doi.org/10.26442/00403660.2019.03.000066 https://elibrary.ru/zdfpdv (in Russian).GBD 2019 Diseases and Injuries Collaborators. Global burden of 369 diseases and injuries in 204 countries and territories, 1990–2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. Lancet. 2020; 396(10258): 1204–22. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30925-9GBD 2019 Diseases and Injuries Collaborators. Global burden of 369 diseases and injuries in 204 countries and territories, 1990–2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. Lancet. 2020; 396(10258): 1204–22. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30925-9Li J., Yin P., Wang H., Wang L., You J., Liu J. et al. The burden of pneumoconiosis in China: an analysis from the Global Burden of Disease Study 2019. BMC Public Health. 2022; 22(1): 1114. https://doi.org/10.1186/s12889-022-13541-xLi J., Yin P., Wang H., Wang L., You J., Liu J. et al. The burden of pneumoconiosis in China: an analysis from the Global Burden of Disease Study 2019. BMC Public Health. 2022; 22(1): 1114. https://doi.org/10.1186/s12889-022-13541-xCohen R.A., Rose C.S., Go L.H.T., Zell-Baran L.M., Almberg K.S., Sarver E.A. et al. Pathology and mineralogy demonstrate respirable crystalline silica is a major cause of severe pneumoconiosis in U.S. coal miners. Ann Am Thorac Soc. 2022; 19(9): 1469–78. https://doi.org/10.1513/AnnalsATS.202109-1064OCCohen R.A., Rose C.S., Go L.H.T., Zell-Baran L.M., Almberg K.S., Sarver E.A. et al. Pathology and mineralogy demonstrate respirable crystalline silica is a major cause of severe pneumoconiosis in U.S. coal miners. Ann Am Thorac Soc. 2022; 19(9): 1469–78. https://doi.org/10.1513/AnnalsATS.202109-1064OCWang R., Zhang S., Liu Y., Li H., Guan S., Zhu L. et al. The role of macrophage polarization and related key molecules in pulmonary inflammation and fibrosis induced by coal dust dynamic inhalation exposure in Sprague-Dawley rats. Cytokine. 2024; 173: 156419. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2023.156419Wang R., Zhang S., Liu Y., Li H., Guan S., Zhu L. et al. The role of macrophage polarization and related key molecules in pulmonary inflammation and fibrosis induced by coal dust dynamic inhalation exposure in Sprague-Dawley rats. Cytokine. 2024; 173: 156419. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2023.156419Sun Y., Kinsela A.S., Waite T.D. Elucidation of alveolar macrophage cell response to coal dusts: Role of ferroptosis in pathogenesis of coal workers’ pneumoconiosis. Sci Total Environ. 2022; 823: 153727. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153727Sun Y., Kinsela A.S., Waite T.D. Elucidation of alveolar macrophage cell response to coal dusts: Role of ferroptosis in pathogenesis of coal workers’ pneumoconiosis. Sci Total Environ. 2022; 823: 153727. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153727Mu M., Li B., Zou Y., Wang W., Cao H., Zhang Y., et al. Coal dust exposure triggers heterogeneity of transcriptional profiles in mouse pneumoconiosis and Vitamin D remedies. Part Fibre Toxicol. 2022; 19(1): 7. https://doi.org/10.1186/s12989-022-00449-yMu M., Li B., Zou Y., Wang W., Cao H., Zhang Y., et al. Coal dust exposure triggers heterogeneity of transcriptional profiles in mouse pneumoconiosis and Vitamin D remedies. Part Fibre Toxicol. 2022; 19(1): 7. https://doi.org/10.1186/s12989-022-00449-yTan S., Chen S. Macrophage Autophagy and Silicosis: Current Perspective and Latest Insights. Int J Mol Sci. 2021; 22(1): 453. https://doi.org/10.3390/ijms22010453Tan S., Chen S. Macrophage Autophagy and Silicosis: Current Perspective and Latest Insights. Int J Mol Sci. 2021; 22(1): 453. https://doi.org/10.3390/ijms22010453Smith L.R., Barton E.R. Regulation of fibrosis in muscular dystrophy. Matrix Biol. 2018; 68–69: 602–15. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2018.01.014Smith L.R., Barton E.R. Regulation of fibrosis in muscular dystrophy. Matrix Biol. 2018; 68–69: 602–15. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2018.01.014Antar S.A., Ashour N.A., Marawan M.E., Al-Karmalawy A.A. Fibrosis: Types, Effects, Markers, Mechanisms for Disease Progression, and Its Relation with Oxidative Stress, Immunity, and Inflammation. Int J Mol Sci. 2023; 24(4): 4004. https://doi.org/10.3390/ijms24044004Antar S.A., Ashour N.A., Marawan M.E., Al-Karmalawy A.A. Fibrosis: Types, Effects, Markers, Mechanisms for Disease Progression, and Its Relation with Oxidative Stress, Immunity, and Inflammation. Int J Mol Sci. 2023; 24(4): 4004. https://doi.org/10.3390/ijms24044004Измеров Н.Ф. Условия труда как фактор риска развития заболеваний сердечно-сосудистой системы. Вестник РАМН. 2003; 12: 38–41. https://elibrary.ru/oitsazIzmerov N.F. The occupational conditions as a risk factor in the development of cardiovascular diseases. Vestnik RAMN. 2003; 12: 38–41. https://elibrary.ru/oitsaz (in Russian).Ибраева Л.К., Ажиметова Г.Н., Аманбекова А.У., Бакирова Р.Е. Заболевания сердечно-сосудистой системы у населения промышленных городов и факторы окружающей среды. Терапевтический архив. 2015; 87(1): 76–8. https://doi.org/10.17116/terarkh201587176-78 https://elibrary.ru/uabvmzIbraeva L.K., Azhimetova G.N., Amanbekova A.U., Bakirova R.E. Cardiovascular diseases in the population of industrial towns and environmental factors. Terapevticheskiy arkhiv. 2015; 87(1): 76–8. https://doi.org/10.17116/terarkh201587176-78 https://elibrary.ru/uabvmz (in Russian).Несен А.А. Хронические неинфекционные заболевания: акцент на коморбидность и повышенный кардиоваскулярный риск. Украинский терапевтический журнал. 2014; 2: 26–32. https://elibrary.ru/sfrqtjNesen A.O. Chronic non-communicable diseases: accent on comorbidity and increased cardiovascular risk. Ukrainskiy terapevticheskiy zhurnal. 2014; 2: 26–32. https://elibrary.ru/sfrqtj (in Russian).Zhang L., Tian J., Ma L., Duan S. Mechanistic insights into severe pulmonary inflammation caused by silica stimulation: The role of macrophage pyroptosis. Ecotoxicol Environ Saf. 2023; 258: 114975. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.114975Zhang L., Tian J., Ma L., Duan S. Mechanistic insights into severe pulmonary inflammation caused by silica stimulation: The role of macrophage pyroptosis. Ecotoxicol Environ Saf. 2023; 258: 114975. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.114975Wu R., Högberg J., Adner M., Ramos-Ramírez P., Stenius U., Zheng H. Crystalline silica particles cause rapid NLRP3-dependent mitochondrial depolarization and DNA damage in airway epithelial cells. Part Fibre Toxicol. 2020; 17(1): 39. https://doi.org/10.1186/s12989-020-00370-2Wu R., Högberg J., Adner M., Ramos-Ramírez P., Stenius U., Zheng H. Crystalline silica particles cause rapid NLRP3-dependent mitochondrial depolarization and DNA damage in airway epithelial cells. Part Fibre Toxicol. 2020; 17(1): 39. https://doi.org/10.1186/s12989-020-00370-2de Oliveira R.C., Wilson S.E. Fibrocytes, Wound Healing, and Corneal Fibrosis. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2020; 61(2): 28. https://doi.org/10.1167/iovs.61.2.28de Oliveira R.C., Wilson S.E. Fibrocytes, Wound Healing, and Corneal Fibrosis. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2020; 61(2): 28. https://doi.org/10.1167/iovs.61.2.28Andrzejewska A., Lukomska B., Janowski M. Concise Review: Mesenchymal Stem Cells: From Roots to Boost. Stem Cells. 2019; 37(7): 855–64. https://doi.org/10.1002/stem.3016Andrzejewska A., Lukomska B., Janowski M. Concise Review: Mesenchymal Stem Cells: From Roots to Boost. Stem Cells. 2019; 37(7): 855–64. https://doi.org/10.1002/stem.3016Li Y., Cheng Z., Fan H., Hao C., Yao W. Epigenetic Changes and Functions in Pneumoconiosis. Oxid Med Cell Longev. 2022; 2022: 2523066. https://doi.org/10.1155/2022/2523066Li Y., Cheng Z., Fan H., Hao C., Yao W. Epigenetic Changes and Functions in Pneumoconiosis. Oxid Med Cell Longev. 2022; 2022: 2523066. https://doi.org/10.1155/2022/2523066Gou M., Wang M. Effects of Akt Inhibition on The Regulatory and Proteomic Profiles of Alveolar Macrophages Enriched from Lung Lavages of Pulmonary Fibrosis Patients. Frontiers in Medical Case Reports. 2022; 3(1): 1–13. https://doi.org/10.47746/FMCR.2022.3101Gou M., Wang M. Effects of Akt Inhibition on The Regulatory and Proteomic Profiles of Alveolar Macrophages Enriched from Lung Lavages of Pulmonary Fibrosis Patients. Frontiers in Medical Case Reports. 2022; 3(1): 1–13. https://doi.org/10.47746/FMCR.2022.3101

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