CC BY
37
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 176-180
УДК: 611.08:611:611.12+611.16 DOI: 10.24411/1609-2163-2018-16176
ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ МИОКАРДА БЕРЕМЕННЫХ И НОВОРОЖДЕННЫХ КРЫС В УСЛОВИЯХ
ГИПОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ
Т.П. САТАЕВА, И.В. ЗАДНИПРЯНЫЙ
Медицинская академия имени С.И. Георгиевского ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского», бул. Ленина, д. 5/7, г. Симферополь, 295006, Россия, e-mail: [email protected]
Аннотация. Проблема гипоксических воздействий на организм человека и животных привлекает внимание широкого круга исследователей, поскольку в процессе жизнедеятельности организм сталкивается и вынужден адаптироваться к гипоксии различного генеза. Целью данного исследования явилось изучение морфологических особенностей миокарда у беременных и новорожденных крыс в условиях длительной гипобарической гипоксии. Основанием для выбора модели послужило то, что биологическая модель гипоксической формы гипоксии относится к категории хорошо управляемых состояний, позволяет получить динамическую характеристику нарастающего процесса. В таких условиях можно выявить регуляторную направленность в изменении метаболической адаптации в общем комплексе гипоксических сдвигов, выявить интеграцию между кислородным режимом системы и ее метаболическим ответом. Проведенный анализ морфологии кардиомиоцитов, а также компонентов сосудистого русла миокарда у 14 беременных и 19 новорожденных крыс, перенесших гипобарическую гипоксию, выявил сходные между собой дистрофические и деструктивные изменения, более выраженные у новорожденных. Основные морфологические признаки гипоксического повреждения миокарда у беременных и новорожденных крыс были представлены в виде явлений смешанной дистрофии, отека и деструкции сократительных кардиомиоцитов, контрактур и лизиса миофибрилл, периваскулярного отека, капиллярного полнокровия, запустевания и спазма артериол. По-видимому, депопуляция кардиомиоцитов и снижение в них регенераторно-пластических реакций составляют основные механизмы развития сердечной недостаточности при гипоксическом воздействии и определяют характер ремоделирования сердца по дилатационному варианту.
Ключевые слова: гипобарическая гипоксия, кардиомиоциты, миокард, беременные, новорожденные, крысы.
Проблемы профилактики и коррекции нарушений сердечно-сосудистой системы являются приоритетными в клинической физиологии и медицине, поскольку остаются одной из основных причин высокой смертности. Проблема гипоксических воздействий на организм человека и животных привлекает внимание широкого круга исследователей, поскольку в процессе жизнедеятельности организм сталкивается и вынужден адаптироваться к гипоксии различного генеза [2].
В современных условиях течение беременности во многом зависит от возрастающей частоты воздействия на организм беременной неблагоприятных экзогенных факторов [1,3]. По данным ВОЗ, частота встречаемости анемической гипоксии у беременных в странах с различным уровнем жизни значительно возросла и колеблется от 21 до 80% [4]. В связи с тем, что биологическое действие большинства неблагоприятных факторов реализуется в виде различных заболеваний, развивающихся в течение
беременности и связанных с недостатком кислорода в тканях матери и плода, реакция системы мать-плод на гипоксию представляют особый интерес. Хроническая гипоксия плода, наблюдаемая при заболеваниях сердечнососудистой системы матери, обусловливает развитие окислительного стресса, эндогенной интоксикации. При гипоксии/реоксигенации в кардиомиоцитах увеличивается продукция активных форм кислорода (АФК), индуцируется апоптоз, нарушается трансмембранный потенциал в митохондриях, происходит повреждение антиапоптозных белков семейства Ь^-2, высвобождение цитохрома с, активация каспа-зы-3 и каспазы-9, снижается активность маг-нийзависимой супероксиддисмутазы [6].
Цель исследования - изучение морфологических особенностей миокарда у беременных и новорожденных крыс в условиях длительной гипобарической (высотной) гипоксии.
Материалы и методы исследования. В экспериментальной работе были использованы
14 самок крыс линии Ш1з1ат весом 180-200 г, и их потомстве - 19 новорожденных крысятах. На протяжении всего эксперимента животные содержались в стандартных условиях при свободном доступе к пище и воде. Для индукции беременности к каждой самке подсаживали половозрелых крыс-самцов из расчета два самца к четырем самкам. Длительная гипобариче-ская гипоксия моделировалась после определения индивидуальной чувствительности по Л.Д. Лукьяновой, в работе использовали низкоустойчивых крыс. Животные содержались в виварии, уход за ними осуществлялся в соответствии с нормами и правилами обращения с лабораторными животными. Крысы выводились из эксперимента путем декапитации под наркозом (эфир с хлороформом) в соответствии с «Международными рекомендациями (этический кодекс) по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985) и правилами лабораторной практики в Российской Федерации (приказ МЗ РФ от 19.06.2003 №267).
На протяжении всей беременности животных ежедневно на 1 час погружали в прозрачную барокамеру, снабженную манометром, предохранительным клапаном, щелочным поглотителем для устранения избытка углекислого газа, где создавалось давление ниже атмосферного, что соответствовало подъему на 6000 м над уровнем моря: (354,2 мм.рт.ст.), что эквивалентно умеренно интенсивному гипок-сическому воздействию [2]. Основанием для выбора модели послужило то, что биологическая модель гипоксической формы гипоксии относится к категории хорошо управляемых состояний, позволяет получить динамическую характеристику нарастающего процесса. В таких условиях можно выявить регуляторную направленность в изменении метаболической адаптации в общем комплексе гипоксических сдвигов, выявить интеграцию между кислородным режимом системы и ее метаболическим ответом.
В течение первых суток жизни сердца 19 крысят и вышеуказанных самок после проведения торако- и перикардиотомии извлекались и мгновенно помещались в кардиоплеги-ческий раствор (0,9% КС1 при температуре 00С), чем достигалась остановка сердца в диастолу.
Объектом морфологических исследований служила ткань сердца. Миокард фиксировали в 10% нейтральном формалине с последующей
обработкой в спиртах возрастающей концентрации, заключением в парафин и приготовлением срезов толщиной 5-7 мкм согласно общепринятым методикам. Парафиновые срезы окрашивали гематоксилином и эозином (обзорные препараты), а также по Маллори для выявления волокон соединительной ткани. При исследовании неокрашенных и окрашенных гематоксилином и эозином препаратов в поляризованном свете придерживались классификации повреждений кардиомиоцитов Ю.Г. Цел-лариуса и соавт. (1980) с дополнениями К.К. Даукши (1988). Согласно представленным критериям выделяли обратимый и необратимый типы повреждений. К обратимому типу повреждений относили сегментарные контрактуры I -II степени (изменение миофибрилл с укорочением /-дисков, сближение дисков А). К необратимому типу повреждений относили исчезновение поперечной исчерченности, глыбчатый распад и лизис миофибрилл, контрактуры III степени (сближение дисков А).
В настоящей работе был использован метод электронно-микроскопического исследования. Образцы миокарда левого желудочка фиксировали в 2,5% растворе глутарового альдегида на 0,2М какодилатном буфере с pH=7,2 при температуре +4° С и постфиксировали в 1% растворе OsÜ4 на холоде в течение 4 ч. В дальнейшем дегидратировали биоптаты в этаноле восходящей концентрации, заливали в эпон-812. Полутонкие и ультратонкие срезы готовили на ультратоме УМТП-7 (Украина).
Микропрепараты поперечного среза сердца, окрашенные гематоксилином-эозином, изучали на микроскопе Olympus CX-3 (Япония). Все исследования производили с использованием средств измерительной техники, прошедших метрологическую поверку, и вспомогательного оборудования, прошедшего аттестацию на базе отдела морфологии с электронной микроскопией Центральной научно-исследовательской лаборатории Медицинской академии имени С. И. Георгиевского.
Результаты и их обсуждение. На гистологических препаратах миокарда самок отмечались признаки диффузного межмышечного отека. Основные структурные изменения миокарда характеризовались признаками повреждения в виде набухания кардиомиоцитов, гомогенизации их саркоплазмы. При поляризационной микроскопии некоторые клетки имели нечеткие контуры, в них практически не
прослеживалась поперечная исчерченность, отмечался глыбчатый распад миофибрилл, гиперрелаксация саркомеров и участки миоцито-лиза. Отдельные группы кардиомиоцитов были истончены, их саркоплазма имела неравномерную окраску (рис. 1а). Сосудистая сеть отличалась неравномерностью изменений: участки сужения чередовались с расширением просветов сосудов с плазменным пропитыванием их стенок, развитием паравазального отека и диапедеза эритроцитов в окружающую ткань. На месте погибших кардиомиоцитов выявлялись очаги новообразованной соединительной ткани. Вблизи них располагались гипертрофированные кардиомиоциты с крупными ядрами. Разрастание соединительной ткани отмечалось вокруг артериол, венул и по ходу капилляров (рис. 1б). Одновременно прослеживались признаки гиперемии миокарда, расширение артерий,артериол, венул и вен.
Рис. 1. а - признаки интерстициального отека. Окр. гематоксилином и эозином, *400. б - новообразованная соединительная ткань вокруг полнокровных сосудов. Окр. По Маллори, *400
По данным электронной микроскопии мышечные волокна ряда кардиомиоцитов самок крыс демонстроровали относительно сохранную структуру: их поперечная исчерчен-ность была сохранена, выявлялись митохондрии небольших размеров с четко очерченными кристами, располагающиеся в саркоплазме в несколько рядов, что расценивалось как компенсаторная реакция на гипоксическое воздей-
ствие. Наблюдалось расширение канальцев аг-ранулярного саркоплазматического ретикулу-ма, увеличение количества рибосом на мембранах гранулярного саркоплазматического ретикулума и вблизи него. Однако было выявлено, что после длительного воздействия гипо-барической гипоксии у ряда кардиомиоцитов развивались литические повреждения миофибрилл, представлявшие основной субстрат сократительной митохондриальной недостаточности. Миофибриллы становились менее плотными, во многих саркомерах появлялись пустоты, в некоторых случаях отмечался тотальный лизис миофиламентов в пределах сар-комера с наиболее выраженными изменениями в околоядерной зоне. Однако наибольшее значение в повреждении миокарда и развитии кардиомиопатии имели деструктивные изменения митохондрий, что проявлялось нарушением структуры их мембран и просветлением матрикса с лизированием крист. По мнению ряда авторов, повреждение митохондрий кар-диомиоцитов приводит к уменьшению выработки АТФ, что обуславливает снижение или угнетение биосинтетических реакций, и активирует возможный запуск апоптоза клеток [5].
Гистологическая картина миокарда новорожденных крысят, перенесших внутриутробную гипоксию, характеризовалась значительной гетерогенностью. Изменения миокарда в этот срок эксперимента были обусловлены нарастанием обратимых и, в большей степени, необратимых изменений. Наряду с неизмененными участками часто встречались очаги дистрофии и некроза кардиомиоцитов. На фоне гомогенизации саркоплазмы отмечались участки глыбчато-го распада миофибрилл, гиперрелаксация сар-комеров, появлялись контрактуры II-III степени. В зоне очагов некроза выявлялась полиморф-ноклеточная инфильтрация. В отдельных полях зрения погибшие кардиомиоциты были замещены соединительной тканью. Ядра некоторых кардиомиоцитов были уменьшены в размерах и отличались неровными контурами (рис. 2а). Сосудистая сеть была представлена расширенными и суженными капиллярами. Обращало на себя внимание выраженное расширение паравазальных пространств, плазменное пропитывание стенок сосудов с нарушением целостности эндотелия, наличие интерстици-ального отека, что приводило к разобщенности и истончению кардиомиоцитов.
Рис. 2. а - распад саркоплазмы и лизис ядер кардио-миоцитов. Окр. гематоксилином и эозином, *400. б - лизис митохондриальных крист (М), фрагментация миофибрилл (черные стрелки), деструкция Z-дисков. ТЭМ. *18000.
Ультрамикроскопическая структура миокарда характеризовалась нарастанием процессов смешанной дистрофии и некроза. Необратимые изменения встречались с большей частотой по сравнению с миокардом самок. Крупные очаги некроза были окружены по периферии полиморфноклеточной инфильтрацией. Саркоплазма близлежащих кардиомиоцитов была гомогенная, с низким содержанием гликогена, в них отмечалась слабо выраженная поперечная
исчерченность, миофибриллы просматривались не на всем протяжении, вставочные диски имели нечеткие контуры. В саркоплазме некоторых кардиомиоцитов большая часть митохондрий имела полностью лизированные кристы, что отражало необратимые преднекротические изменения (рис. 2б). Межмышечные пространства были расширены, отечны. Отмечалась полнокровие капилляров, вокруг них наблюдалась картина паравазального отека. Очевидно, что усиление деструктивных процессов, очаговой деградации ультраструктур и цитоплазмы кар-диомиоцитов новорожденных крыс индуцировало их секвестрацию и аутофагоцитоз, что морфологически проявлялось формированием миелиноподобных структур, аутофагосом и вторичных лизосом.
Заключение. Таким образом, основные морфологические признаки гипоксического повреждения миокарда у беременных и новорожденных крыс были представлены в виде явлений смешанной дистрофии, отека и деструкции сократительных кардиомиоцитов, лизиса миофибрилл и митохондриальных крист, контрактурных изменений. При этом вышеуказанные ишемические и гипоксические изменения были более выраженными в миокарде у новорожденных крысят. По-видимому, депопуляция кардиомиоцитов и снижение в них регенераторно-пластических реакций состав -ляют основные механизмы развития сердечной недостаточности при гипоксическом воздействии и определяют характер ремоделирования сердца по дилатационному варианту.
CHANGES IN THE MYOCARDIAL STRUCTURE OF PREGNANT AND NEWBORN RATS UNDER THE
CONDITIONS OF HYPOBARIC HYPOXIA
T.P. SATAIEVA, I.V. ZADNIPRYANY
Medical academy named after S.I. Georgievsky of V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Lenin boulevard,
5/7, Simferopol, 295051, Russia, e-mail: [email protected]
Abstract. The problem of hypoxic effects on the human and animal body attracts the attention of a wide range of researchers, since in the process of vital activity the organism encounters and is forced to adapt to hypoxia of various genesis. The purpose of this research was to reveal the morphological features of the myocardium in pregnant and newborn rats under conditions of prolonged hypobaric hypoxia. The basis for the choice of the model was that the biological model of the hypoxic form of hypoxia belongs to the category of well-controlled states, it allows to obtain a dynamic characteristic of the growing process. Under such conditions, it is possible to identify the regulatory direction in the change of metabolic adaptation in the general complex of hypoxic shifts, to reveal the integration between the oxygen regime of the system and its metabolic response. The analysis of the morphology of cardiomyocytes and myocardial vascular bed
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 176-180
in 14 pregnant women and 19 newborn rats after hypobaric hypoxia revealed similar dystrophic and destructive changes were more pronounced in newborns. The main morphological signs of hypoxic damage to the myocardium in pregnant and newborn rats were presented in the form of phenomena of mixed dystrophy, edema and destruction of endotheliocytes and contractile cardiomyocytes, lysis of myofibrils, perivascular edema, capillary plethora, desolation and spasm of arterioles and contracture changes. Apparently, the depopulation of cardiomyocytes and the decrease in them of regenerative-plastic reactions constitute the main mechanisms of the development of heart failure during hypoxic action and determine the nature of cardiac remodeling according to the dilatational variant.
Key words: hypobaric hypoxia, cardiomyocytes, myocardium, pregnant, newborns, rats.
Литература
1. Герасимов Н.А. Нарушение локальной сократимости миокарда у новорожденных, перенесших перинатальную гипоксию // Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2016. Т. 61, № 3. С. 225.
2. Мамадалиева Н.И., Саатов Т.С., Хайбулли-на З.Р., Умеров О.И. Динамика фосфолипидного состава сердечных тканей как основа для формирования толерантности к гипоксии // Вестник Ташкентской Медицинской Академии. 2013. № 1. С. 25-31.
3. Прокудина Е.С. Исследование устойчивости митохондрий миокарда к ишемическому-реперфузионному повреждению сердца у крыс, адаптированных к хронической гипоксии // Сибирский медицинский журнал (г. Томск). 2016. Т. 31, № 2. С. 110-113.
4. Шибаев А.Н., Гнусаев С.Ф., Герасимов Н.А. Нарушение систолической функции левого желудочка и локальной сократимости миокарда у новорожденных, перенесших перинатальную гипоксию // Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2016. Т. 61, № 3. С. 232-233.
References
1. Gerasimov NA. Narushenie lokal'noi sokratimosti miokarda u novorojdennyh, perenesshih perinat-al'nuyu gipoksiyu [Local violation sokratimosti attack in newborns with perinatal Hypoxia]. Rossiiskii vestnik perinatologii i pediatrii. 2016;61(3):225. Russian.
2. Mamadalieva NI, Saatov TS, Haibullina ZR, Ume-rov OI. Dinamika fosfolipidnogo sostava serdechnyh tkanei kak osnova dlya formirovaniya tolerantnosti k gipoksii [Dynamics of Phospholipid composition of cardiac tissue as a basis for the formation of the tolerance to hypoxia]. Vestnik Tashkentskoi Medicinskoi Akademii. 2013;1:25-31. Russian.
3. Prokudina ES. Issledovanie ustoichivosti mito-hondrii miokarda k ishemicheskomu-reperfuzionnomu povrejdeniyu serdca u krys, adapti-rovannyh k hronicheskoi gipoksii [Study on stability of mitochondria of myocardium to ischemic reperfusion damage-hearts of rats adapted to chronic hypoxia]. Sibirskii medicinskii jurnal (g. Tomsk). 2016;31(2):110-3. Russian.
4. Shibaev AN, Gnusaev SF, Gerasimov NA. Narushe-nie sistolicheskoi funkcii levogo jeludochka i lokal'noi sokratimosti miokarda u novorojdennyh, perenesshih perinatal'nuyu gipoksiyu [Violation of left ventricular systolic function and local sokratimosti attack in new-borns with perinatal Hypoxia]. Rossiiskii vestnik perinatologii i pediatrii. 2016;61(3):232-3. Russian.
5. Rozova E.V., Mankovskaya I.N., Mironova G.D. Structural and dynamic changes in mitochondria of rat myocardium under acute hypoxic hypoxia: Role of mitochondrial ATP-dependent potassium channel // Biochemistry (Moscow). 2015. T. 80, № 8. C. 994-1000.
5. Rozova EV, Mankovskaya IN, Mironova GD. Structural and dynamic changes in mitochondria of rat myocardium under acute hypoxic hypoxia: Role of mitochondrial ATP-dependent potassium channel. Biochemistry (Moscow). 2015;80(8):994-1000.
6. Shevchenko K.M. The development of the vascular component of rat atrial myocardium on the background of atrial surface-volume characteristics changes after the influence of acute prenatal hypoxia // Mop^onorm. 2016. T. 10, № 4. C. 70-76.
6. Shevchenko KM. The development of the vascular component of rat atrial myocardium on the background of atrial surface-volume characteristics changes after the influence of acute prenatal hypoxia. Morfologija. 2016;10(4):70-6.
Библиографическая ссылка:
Сатаева Т.П., Заднипряный И.В. Изменения структуры миокарда беременных и новорожденных крыс в условиях гипобарической гипоксии // Вестник новых медицинских технологий. 2018. №4. С. 176-180. Б01: 10.24411/16092163-2018-16176
