CC BY
20
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Экспериментальные исследования
©Э.Ф.Барннов, О.Н.Сушева, 2002 УДК 618.3:6!6.61,001.5
Э.Ф. Баринов, О.Н. Сулаева
ОСОБЕННОСТИ АНТЕНАТАЛЬНОГО НЕФРОГЕНЕЗА У ПОТОМСТВА САМОК КРЫС С КОМПЕНСИРОВАННЫМ НАРУШЕНИЕМ ФУНКЦИИ ПОЧЕК
E.F.Barinov, О. N. Sulaeva
SPECIFIC FEATURES OF ANTENATAL NEPHROGENESIS IN PROGENY OF RATS WITH THE COMPENSATED IMPAIRMENT OF RENAL FUNCTIONS
Кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии Донецкого государственного медицинского университета, Украина.
РЕФЕРАТ
Целью данной работы стало изучение наличия и характера нарушения антенатального нефрогенеза у потомства самок крыс с компенсированным нарушением функции почек. Исследование выполнено на потомстве 70 самок крыс. Контрольную группу составило потомство 10 здоровых самок. Во 2-ю и 3-ю группы вошли крысята, рожденные от 60 самок-крыс, которым удаляли 50% или 65-70% массы почек. Почки новорожденных крысят подвергали комплексному морфометрическому исследованию. Наличие компенсированного нарушения функции почек у матери обусловливало нарушение нефрогенеза у потомства. При этом характер и выраженность нарушений зависели от степени нарушения функции почек у матери и, вероятно, вызванного этим сдвига в нейроэцдокринной регуляции. У крыс 2-й группы отмечено ускорение темпов дифференцировки юкстамедул-лярных и интракортикальных нефронов и снижение «качества» нефрогенеза. При значительном уменьшении массы почек у матери было зарегистрировано угнетение нефрогенеза, что определило снижение количества функционирующих нефронов.
Ключевые слова: почка, антенатальный нефрогенез, морфометрические критерии. ABSTRACT
The aim of the work was to investigate morphological characteristics of antenatal nephrogenesis in the progeny of rats with the compensated impairment of renal functions. The research was performed in the progeny of 70 dams. The control group included the progeny of 10 healthy dams. The second and third groups included the rats of 60 dams after ablation in the latter of 50% or 65-70% of the kidney mass. The kidneys of the newborn rats were subject to complex morphometries! investigation. It was shown that the compensated impairment of renal functions in the mothers was responsible for the disorders in nephrogenesis of the progeny, the character and degree of the disorders were dependent on the degree of the mothers' renal dysfunction and the resulting shift in the neuroendocrinal regulation.
Key words: kidney, antenatal development, morphometrical criteria.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из механизмов формирования врожденной патологии почек является нарушение темпов новообразования нефронов [2, 11], что обусловливает нарушение гистоархитектоники и функционирования различных зон почки, развитие вариантов гипопластических нефропатий [11, 21]. Одним из факторов риска нарушения нефрогенеза в антенатальном периоде является наличие экстрагенитальной патологии, в том числе заболеваний почек, у матери [3, 5, 6, 7], В связи с этим весьма актуальной представляется проблема изучения возможности и характера нарушения антенатального нефрогенеза у потомства матерей с ренальной патологией.
Пролонгирование, по сравнению с человеком, сроков органогенеза вообще и нефроноге-неза в частности в онтогенезе крыс позволяет
проследить хронологию развития нефронов разных типов у новорожденных крыс [12], При этом структурно-функциональное изучение морфогенетических процессов в .нефрогенной зоне у крыс позволяет воссоздать картину и выяснить механизмы нефрогенеза в метанефро-генной бластеме плодов человека при наличии ренальной патологии у матери.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследование было выполнено на потомстве 70 самок белых беспородных крыс с исходной массой 165+15 гч Крысята были распределены на три группы. Контрольную группу (1-я группа) составило потомство 10 здоровых самок. Во 2-ю и 3-ю группы вошли соответственно крысята, рожденные от 60 самок крыс, которым удаляли 50% или 65-70% массы почек. Оценку
степени компенсации ренальных функций при снижении почечной массы проводили в базаль-ных условиях и после выполнения 3%-й водной нагрузки. В базальных условиях показатели деятельности почки не отличались от таковых у здоровых крыс. При поддержании контрольного уровня скорости клубочковой фильтрации (СКФ) у самок экспериментальных групп на фоне водной нагрузки было зарегистрировано появление белка в моче, пролонгирование периода выведения введенного объема, особенно у самок 3-й группы, до 4 часов, менее выраженное снижение канальцевой реабсорбции при более низких показателях клиренса осмотически свободной воды, по сравнению с контрольной группой.
Морфологическому исследованию подвергали почки новорожденных крысят. Определяли удельные объемы (УО) зон методом точечного счета на препаратах, окрашенных гематоксилином и эозином, в продольной и поперечной плоскостях. В каждой группе в почке крысят определяли абсолютный объем отдельной зоны. В нефрогенной зоне оценивали наличие нефронов на разных стадиях развития по Ьагаоп [2], определяли их удельные и абсолютные объемы. Учитывая специфику структурного состава коркового (КВ), наружного (НМВ) и внутреннего (ВМВ) мозгового вещества почки [11] проводили качественный и количественный анализ их морфологических составляющих. С этой целью оценивали удельные зональные объемы (УЗО) различных сегментов нефронов, собирательных трубок (СТ), сосудов, соединительной ткани (отдельно клеток и межклеточного вещества), на основании чего производили расчет абсолютного объема каждой структуры в отдельной зоне или целом органе. Оценивали диаметры поперечных срезов почечных телец (ГТТ) и канальцев, рассчитывали суммарное количество нефронов. При оценке процессов роста и дифференцировки канальцев оценивали
абсолютный объем, диаметр поперечного среза, длину канальца. Оценку динамики процессов пролиферации и дифференцировки клеток в ПТ, канальцах нефронов и СТ проводили по показателям митотического индекса (МИ) на 1000 ядер, объема и коэффициента элонгации ядра (КЭЯ), объема или площади среза клетки, ядерно-цитоплазматическому отношению (ЯЦО) [1].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Численность помета и средняя масса тела новорожденных крыс 2-й группы не имела достоверных различий с контрольной группой. При этом средняя масса почки составляла 38,6± 1,39 мг, что достоверно превышало контроль на 14,2% (р<0,05). Анализ зонального состава выявил, что УО мозгового вещества в почке новорожденных крыс 2-й группы был выше, чем в контроле, что было обусловлено увеличением УО НМВ, составившего 23,38± 1,32% (по сравнению с 17,7± 1,18%; р<0,01 в контроле), а разница абсолютного объема НМВ между 1-й и 2-й группами достигла 50,85%.
В нефрогенной зоне новорожденных крысят 2-й группы было зарегистрировано снижение темпов нефрогенеза, в пользу чего свидетельствовало снижение абсолютного и относительного объема ранних стадий формирования отдельных нефротических единиц (таблица). Увеличение суммарного абсолютного объема поздних стадий развития нефрона, снижение удельного объема васкуляризированных ПТ, а также митотической активности клеток, входящих в их состав, при увеличении удельного и абсолютного объемов канальцев нефронов свидетельствовало об ускорении темпов формирования отдельного нефрона. Снижение митотической активности в клетках стромы, накопление и секреция в межклеточное пространство ШИК-позитивного материала свидетель-
Соотношение между различными стадиями развития нефрона и его структурами в почке новорожденных крыс контрольной и экспериментальных групп (Х±т)
Группа Почечный пузырек Б-образное тело ПТ1 ПТ2 Канальцы Всего
2-я 3,442±0,149* 2,681±0,165** 3,262±0,307" 15,31 ±0,942* 42,686+1,32 67,381 ±3,48
3-я 2,86±±0,112 2,54±±0,165 ** 6,6±±0,32** 20,77±±0,923* 4 24,09±±1,45* 55,46±±3,21
1-я 4,246±0,090 3,39±0,065 5,84±0,45 12,561±0,831 38,96±1,25 64,996+3,183
Примечание 1. ПТ1 - начальная стадия формирования почечного тельца, напоминающая Э-образное тело с ложкообразным изгибом на одном из полюсов, где формируются париетальный и висцеральный листки капсулы почечного тельца. ПТ2 -Почечное тельца на стадии васкуляризации.
Примечание 2. Достоверность различий между группами: ' - р<0,05; ** - р<0,01; р<0,001.
ствовали о большей, по сравнению с контролем, степени дифференцировки стромальных элементов. При этом ускоренное формирование и рост структурных компонентов нефронов интракор-тикальной популяции определило увеличение количества функционирующих нефронов в глубокой части КВ. Однако при этом было зарегистрировано снижение «качества» нефрогенеза, проявляющееся дистрофическими изменениями разной степени выраженности в проксимальных канальцах КВ. Не исключено, что один из механизмов данного нарушения заключается в формировании дефицита кровоснабжения паренхимы КВ почки, проявляющегося снижением абсолютного объема сосудов в КВ.
Ускоренное формирование интракортикаль-ных нефронов отражалось также на структурном составе НМВ, где возрастал объем петлевых сегментов. При этом абсолютный объем ВМВ и объемные характеристики петлевых сегментов в ней не отличались от контроля, что может свидетельствовать о различии принципов регуляции роста и дифференцировки петель интракортикальных и ю кета медуллярных нефронов.
Развитие беременности у крыс-матерей 3-й группы в 2% случаев закончилась гибелью матери. Количество крысят в помете снижалось с 6-10 в контроле до 3-6. При этом в 20% случаев регистрировали мертворождение или гибель в течение первых 3 дней постнатального периода. Масса тела новорожденных крысят 3-й группы (5,9±0,34 г) была на 14,3±0,51% ниже , чем в контроле (р<0,05), что соответствовало 2-й степени гипотрофии, вероятно, являющейся результатом хронической плацентарной недостаточности и гипоксии. Масса почек новорожденных крысят 3-й группы оказалась на 26,54% ниже, чем в 1-й группе (р<0,01). При зональной характеристике почки было отмечено достоверное снижение абсолютных объемов КВ. НМВ и ВМВ на 17,59%, 31,76% и 32,9% {Р!<0,05; рл<0,01; р3<0,01). Доля нефрогенной зоны оказалась в 1,26 раза выше, чем в контроле, тогда как ее абсолютный объем не имел достоверных отличий от 1-й группы. Удельный объем дифференцированной части коркового вещества снизился до 52,2% в структуре КВ, а ее абсолютный объем на 3! ,36% был ниже контрольного.
При анализе состава нефрогенной зоны было выявлено снижение суммарного УО не-фрогенных структур, который составил 55,46±2,63%, что оказалось на 14,67% ниже, чем
в контроле (р<0,05). При этом на 10,14% ниже контрольного значения оказался их абсолютный объем. Реже выявлялись 1-я и 2-я стадии развития нефрона - почечного пузырька и Б-об-разного тела (соответственно на 32,64%, р<0,01, и 25,07%, р<0,01; см. таблицу). УЗО структур, соответствующих начальным этапам формирования ПТ, повысился на 13,01% (р<0,05), УЗО васкуляризированных ПТ возрос на 81,29% по сравнению с контролем, а УЗО канальцев формирующихся нефронов снизился на 39,06%. По данным кариометрического анализа, было отмечено преобладание в нефрогенных канальцах округлых ядер при среднем объеме 49,24±2,37%, снижение высоты клеток, плотность расположения ядер была ниже контрольных значений на 45,37%, а количество фигур митозов в расчете на 1000 ядер оказалось практически в 2 раза ниже, чем в контроле.
Анализ структурного состава глубокой коры продемонстрировал снижение удельного объема ПИК при отсутствии достоверных изменений относительных показателей других структурных элементов. ПТ характеризовались разнообразием размеров и морфологии. В некоторых ПТ наблюдалось расширение мочевого пространства капсулы до 30% от объема ПТ. При отсутствии достоверных различий между удельными объемами почечных телец дифференцированной части КВ, по сравнению с контролем, абсолютный объем ПТ оказался ниже на 25,36%. Учитывая отсутствие достоверных различий средних размеров отдельного ПТ, снижение их абсолютного объема можно трактовать как результат снижения количества ПТ, а следовательно и нефронов, в пределах коркового вещества почки новорожденных крыс 3-й группы.
ПИК характеризовался рядом качественных и количественных отличий от контроля. Его УЗО был снижен на 12,11±1,23% по сравнению с контролем, а абсолютный объем на 37,13% отставал от объема ПИК в КВ почек крыс контрольной группы. При этом в части ПИК обнаруживались выраженные дистрофические изменения в виде вакуолизации апикальной части клеток, набухания эпителиоцитов, в некоторых клетках - кариолизис.
В мозговом веществе было зарегистрировано снижение УЗО паренхиматозных элементов за счет дефицита относительного и абсолютного объема петлевых сегментов. Эти изменения сопровождались аналогичным снижением количества кровеносных сосудов, нарушением со-
отношения интерстициальных клеток и межклеточного вещества.
ОБСУЖДЕНИЕ
Давно не требует доказательств тот факт, что заболевания или стресс, перенесенные беременной женщиной, и воспроизводимые в моделях на лабораторных животных, оказывают влияние на развитие органов и систем потомства. Очевидно, что независимо от органной специфичности висцеральной патологии развитие приспособительных реакций в процессе компенсации патологических изменений находит свое отражение в перестройке системы нейро-гуморального контроля гомеостаза в организме не только матери, но и плода [8, 22]. Учитывая, что осуществление данной интеграции прежде всего связывают с сигнальными молекулами, транспортируемыми через фето-плацентарный барьер, не требует объяснения тот факт, что превалирующее количество работ по нейрогуморальной регуляции эмбрионального и постнатального онтогенеза посвящены выяснению закономерностей реакции гипоталамо-гипофизарно-адренокорти-кальной системы на изменение состояния фето-плацентарной системы [4]. Учитывая эффекты гормонов коры надпочечников (мине-рало- и глюкокортикоидов) на пролиферацию и дифференцировку клеток большинства сегментов нефронов и собирательных трубок [9, 10, 13, 14], можно предположить, что изменение сроков становления функциональной полноценности реабсорбционного и секреторного аппаратов нефрона может быть связано с изменением концентрации этих гормонов в антенатальном периоде. При этом наблюдаемые дистрофические изменения в ПИК в почке новорожденных крыс 2-й группы может быть результатом дисбаланса между уровнем функциональной нагрузки на сегмент и степенью его внутриклеточной дифференцировки.
Не менее важным системным регулятороу нефрогенеза является ренин-ангиотензиновая система (РАС). Как известно ангиотензин II (Анг II) в онтогенезе может оказывать влияние на скорость новообразования нефронов, анги-огенез, дифференцировку и количество клеток стромы, их секреторную активность [10,12, 20]. Известно, что повышение активности РАС может обусловливать грубые нарушение нефрогенеза. При этом активация РАС может иметь различное происхождение. С одной стороны, стимуляция РАС может быть обусловлена хро-
нической гипоксией, что подтверждается кли-нико-лабораторными исследованиями, продемонстрировавшими повышение активности ренина плазмы и концентрации Анг II в крови новорожденных, рожденных матерями с реналь-ной патологией [8, 11]. С другой стороны, мощным стимулятором экспрессии ренина являются ГК (фетального и материнского происхождения) [22]. Вероятно, одним из отражений этого стало пренатальное угнетение нефрогенеза и снижение количества функционирующих нефронов в почках крысят 3-й группы. Интересно, что данная морфологическая характеристика соответствует описанию синдрома «малой почки», наблюдаемом при гиперактивности РАС [11, 21]. В основу одного из механизмов этого явления можно положить сведения о распределении Анг II рецепторов в развивающейся почке [19]. Помимо АТ, рецепторов, превалирующих в почке взрослых животных, в процессе антенатального и раннего постнатального периода огромную роль играют также АТ, рецепторы [18]. Посредством активации этого типа рецепторов Анг II запускает апоптоз камбиальных клеток нефрогенной зоны и нефроцитов развивающихся канальцев нефронов, интерстициальных клеток мозгового вещества [13, 16, 17, 18]. Конечным результатом этого является снижение количества формирующихся нефронов и уменьшение количества реномедуллярных клеток, синтезирующих простагландины. Последние, в свою очередь контролируют процессы секреции и миграции клеток, а также рост петлевых сегментов нефронов, установление их взаимоотношений с сосудами, собирательными трубками и интерстициальными клетками. Естественно, что альтерация межтубулярных и тубу-ло-интерстициальных взаимоотношений в мозговом веществе чревата нарушением становления работы противоточно-множительной системы с последующим нарушением деятельности аппаратов концентрирования и разведения мочи. Кроме того, Анг II известен как важнейший регулятор ангиогенеза [15, 20]. Находясь в рецип-рокных отношениях с простагландиновой системой, этот пептид прямо или опосредованно через факторы роста способен модулировать процессы пролиферации и апоптоза эндотели-альных клеток, стимулировать дифференцировку гладких миоцитов сосудов, регулировать пролиферацию и секреторную деятельность ме-зангиальных клеток почечного тельца [11].
Таким образом, наличие ренальной патологии у матери является фактором риска наруше-
ния антенатального органогенеза, а также изменения нейрогуморальной регуляции постна-тального развития почек. Последний фактор может лежать в основе нарушения адаптации организма к изменениям водно-солевого обмена, ограничения способности к концентрированию и разведению мочи, нарушения принципов регуляции артериального давления.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Наличие компенсированного нарушения функции почек у матери обусловливает нарушение нефроногенеза у потомства. При этом характер и выраженность нарушения нефроге-неза зависят от степени нарушения функции почек у матери и, вероятно, вызванного этим сдвига в нейроэндокринной регуляции.
2. При умеренном нарушении функции почек у матери отмечено ускорение темпов диф-ференцировки как юкстамедуллярных, так и интаракортикальных нефронов. При этом ускорение роста и дифференцировки отдельных структур обусловливают нарушение «качества» нефрогенеза.
3. При значительном снижении массы почек у матери регистрируются угнетение нефрогенеза, что определяет снижение количества нефронов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Автандилов Г. Г, Медицин ска я морфометрия. - М.:, 1991.
2. Длоуга Г, Кршечек И., Наточин Ю. Онтогенез почки.-Л.: Наука, 1981.
3. Дегтярева Э.М., Шехтман М.М., Карасева А.Н. Заболевания почек у матери как фактор риска в развитии нефро-патииу ребенка//Вопр. охраны матер. - 1986, N6 7. - С, 12-14.
4.ДыгалоН.Н. Приобретение стероидами гормональных функций в эволюции и их эффекты в раннем онтогенезе // Успехи соврем, биологии. - 1993, - 113, N8 2, - С. 162-175.
5. Игнатова М.С., Дегтярева Э.М,,Фокеева В,В. идр. Наследственная предрасположенность к заболеваниям органов мочевой системы и почечный дизэмбриогенез - основа раз-
вития нефропатий у детей // Педиатрия. - 1993, № 1. - С. 80-84.
6. Махтин Б.И., Цибель Б.Н. Пренатальное развитие почки в корме и при гестозах // Морфология. - 1994. - Т. 102, аып. 7-12. - С. 22-29.
7. Яковцева А.Ф., Сорокина И. В., Наумова О. В. Патомор-фология почек плодов от матерей, срадающих поздним гес-тозом, сахарным диабетом I типа и хроническим гломерулонефритом// Архив патол, - 1998, N° 6.- С, 33-36.
8. Antony R.V., Pratt S.L., Uang R., Holland M,D. Placental-fetal hormonal interactions: impact on fetal growth // J. Animal. Sci. - 1995.-Vof.73, №6. - P. 1861-1871.
9. Baum M.. Amemiya M., Dwarakanath V., Alpen R.J. Glucocorticoids regulate NHE-3 transcription in OKP cells//Amer. J. Physiol. - 1996. - Vol.39, N 1,- P F164-F169.
10. Bard J. В., McConneü J.E., Davies J. A. Towards a genetic basis for kidney development// Mech. Dev. - 1994, Vol. 48. Ne 1. -P. 3-11.
11. Brenner B.M. Kidney development //The Kidney. Ed. B.M. Brenner.- New York. - 1996, Vol. 1. - P, 632-695,
12. ClarkA.T.Bertman J.F, Molecular of nephron endowment //Am. J. Physiol. - 1999 - Vol.276, №4,Pt,2.- PF485-497.
13. Davies J.A., Davey M.G. Collecting duct morphogenesis //Pediat. Nephrol. - 1999. -Vol. 13, №6. - P 535-541.
14. Farman N, Binding sites of mineralo and glucocorticoids along the mammalian nephron //Amer. J. Physiol. - i 982, - Vol, 242, №3, Ft 2. - P. 285-294.
15. Gomez R.A., Norwood V.F, Recent advances in renal development//Curr. Opin. Pediatr. -1999.-Vol, 11, N° 2. -P. 135-140.
16. Herzlinger D. Inductive interactions during kidney development// Semin, Nephrol. -1995, - Vol. 15, N° 4. -P. 255-262,
17. Horster M., Huber S., Tschop J. et al. Epithelial nephrogenesis // Pflugers Arch. -1997. -Vol. 434, Ne 6. -R 647-660.
18. Mario C,, Alder G.P. Harris P.J., Alcorn D. Angiotensin II inhibits growth of cultured embryonic renomedullary interstitial cells through the AT2 receptor // Kidney Int. -1998. -Vol. 53, N° 1,- P. 92-99
19. Norwood V.R., Craig M.R., Harris J.M., Gomes R.A, Differential expression of angiotensin II receptors during early morphogenesis // Am, J, Physiol,- 1997. -Vol. 272, Na 2, Pt2.- R R662-668,
20. Oliver J.A., Al Awqati Q. An endothelial growth factor involved inratrena! development//J. Clin. Invest. - 1998.-Vol. 102, N6.-R 1208-1219.
21. Robinson J.,ChidzanjaS., Kind K., Lok F. Placental control of fetal growth // Reprod. Fértil. Dev. - 1995, - Vol. 7, Nb3. - P. 333-344.
22. Saxen P. Organogenesis of the kidney. Cambrige, 1987. 534 p.
Поступила в редакцию 14.04.2002 г.
