CC BY
2
УДК 616-091.8
doi: 10.21685/2072-3032-2023-2-12
Оценка динамики развития нефронов у детей с врожденной патологией сердечно-сосудистой системы
А. А. Сологуб1, Е. В. Слесарева2, Т. И. Кузнецова3, О. Ф. Денисова4
1,2,3,4Ульяновский государственный университет, Ульяновск, Россия 1sologubrv@mail.ru, 24gistology2@mail.ru, 3tattkuznetsova@rambler.ru
Аннотация. Актуальность и цели. Цель исследования - определить динамику роста и дифференцировки разных типов нефронов - корковых и околомозговых, у детей с патологией сердечно-сосудистой системы. Материалы и методы. Исследовали окрашенный гематоксилин-эозином гистологический материал почек, полученный от пациентов детского возраста посмертно с врожденной патологией сердца (открытое овальное окно и дефект межжелудочковой перегородки и без патологии в возрастном диапазоне от 0 до 12 месяцев) разбитых на три возрастные группы (0-2, 4-6, 10-12 месяца). В ходе микроскопии подсчитывали количество тел нефронов в поле зрения в субкортикальной зоне и отдельно в околомозговой зоне коркового вещества, полученные данные подвергли статистической обработке. Результаты. У пациентов без патологии сердечно-сосудистой системы дифференцировка субкортикальных нефро-нов в течение первого года жизни происходит линейно. Выявляется отчетливая тенденция к уменьшению количества нефронов на единицу площади с возрастом. Развитие околомозговых нефронов в этой же группе до 6 месяцев идет аналогично, но к возрасту 10-12 месяцев количество тел околомозговых нефронов на условную единицу площади возрастает до значений, определяемых в двухмесячном возрасте. Выводы. У пациентов с патологией сердечно-сосудистой системы динамика диффе-ренцировки нефронов субкапсулярной зоны отличается от показателей, выявленных в первой группе и повторяет динамику дифференцировки околомозговых нефронов. Наличие врожденных пороков развития сердечно-сосудистой системы в течение первого года жизни ребенка приводит к изменениям дифференцировки почечной паренхимы. У детей без патологии сердечно-сосудистой системы наблюдается снижение количества нефронов на условную единицу площади в течение первого года жизни. Изменение дифференцировки нефронов субкапсулярной зоны почек при наличии врожденных пороков развития сердечно-сосудистой системы может стать одним из патогенетических этапов развития артериальной гипертензии.
Ключевые слова: почка, сердце, овальное окно, порок развития сердца, артериальная гипертензия, нефрон
Для цитирования: Сологуб А. А., Слесарева Е. В., Кузнецова Т. И., Денисова О. Ф. Оценка динамики развития нефронов у детей с врожденной патологией сердечнососудистой системы // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. 2023. № 2. С. 116-123. doi: 10.21685/2072-3032-2023-2-12
Evaluation of the nephrons number in children with congenital pathology of the cardiovascular system
A.A. Sologub1, E.V. Slesareva2, T.I. Kuznetsova3, O.F. Denisova4
i,2,3,4uiyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia 1sologubrv@mail.m, 2,4gistology2@mail.ru, 3tattkuznetsova@rambler.ru
© Сологуб А. А., Слесарева Е. В., Кузнецова Т. И., Денисова О. Ф., 2023. Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License / This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.
Abstract. Background. The purpose of the study is to determine the dynamics of growth and differentiation of cortical and perimedullary nephrons in children with pathology of the cardiovascular system. Materials and methods. We researched the histological material of the kidneys painted by hematoxylin-eosin and obtained from postmortem, from pediatric patients with congenital heart disease (open foramen ovale, ventricular septal defect and without pathology this patients has age range from 0 to 12 months) patients divided into three age groups (0-2, 4-6, 10-12 months). During microscopy, the number of nephrons in the field of view in the subcortical zone and separately in the perimedullary zone of the cortical substance was counted, the data obtained were subjected to statistical processing. Results. In patients without pathology of the cardiovascular system, the differentiation of subcortical nephrons during the first year of life occurs linearly. There is a clear trend towards a decrease in the number of nephrons per unit area with age. The development of pericere-bral nephrons in the same group up to 6 months is similar, but by the age of 10-12 months, the number of bodies of perimedullary nephrons per conventional unit of area increases to values determined at 2 months of age. Conclusions. In patients with pathology of the cardiovascular system, the dynamics of differentiation of nephrons in the subcapsular zone differs from those found in the first group and repeats the dynamics of differentiation of perimedullary nephrons. The presence of congenital malformations of the cardiovascular system during the first year of a child's life leads to changes in the differentiation of the renal parenchyma. In children without pathology of the cardiovascular system, there is a decrease in the number of nephrons per conventional unit of area during the first year of life. Changes in the differentiation of nephrons in the subcapsular zone of the kidneys in the presence of congenital malformations of the cardiovascular system can become one of the pathogenetic stages in the development of arterial hypertension.
Keywords: kidney, heart, foramen ovale, heart malformation, essential artherial hypertension, nephron
For citation: Sologub A.A., Slesareva E.V., Kuznetsova T.I., Denisova O.F. Evaluation of the nephrons number in children with congenital pathology of the cardiovascular system.
Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Meditsinskie nauki = University proceedings. Volga region. Medical sciences. 2023;(2):116-123. (In Russ.). doi: 10.21685/2072-3032-2023-2-12
Введение
Изучение морфологии почек, в частности количества почечных телец в паренхиме, у детей в норме и при патологии сердечно-сосудистой системы актуально в связи с прямой взаимосвязью внутриутробного формирования сердечно-сосудистой системы с развитием мочевыделительной системы, в том числе и формированием эндокринного аппарата почек, о чем упоминалось в исследованиях Ю. Арима, К. Нишияма и соавт. [1]. Следовательно, патология, возникшая при развитии сердечно-сосудистой системы, напрямую влияет на развитие мочевыделительной системы, а нарушение формирования мочевыделительной системы в дальнейшем приводит к усугублению возможных проблем со стороны сердечно-сосудистой системы [2].
По открытым данным за 2014-2018 гг., представленным на сайте центра контроля заболеваний в Соединенных Штатах (www.cdc.gov), порядка 500 тыс. обследованных кардиологами пациентов взрослого возраста имеют врожденные пороки сердца. Один ребенок из 100 новорожденных имеет врожденные пороки сердца, что, несомненно, вносит свой вклад в формирование артериальной гипертензии у данных пациентов в дальнейшем [1]. Указанная взаимосвязь между пороками развития сердца и развитие артериальной гипертензии представляет интерес для исследования [1].
При формировании тазовой почки закладывается строго определенное количество нефронов - до 1 млн в каждой почке [3]. В дальнейшем это число практически не меняется, рост же и дифференцировка коркового вещества почки происходит в основном за счет роста канальцев и приобретения ими извитого хода [4]. В то же время в ходе онтогенеза увеличиваются и собственно почечные клубочки, что определяется включением органа в активный процесс мочеобразования, а следовательно - увеличением длины и объема капиллярной сети и мочевого пространства клубочков [4]. Однако наличие врожденного порока развития сердца может повлиять на процесс формирования клеточных элементов почки, вследствие чего могут сформироваться предпосылки к развитию артериальной гипертензии (АГ). В этой связи изучение развития нефронов в постнатальном онтогенезе на фоне патологии сердечно-сосудистой системы может дать материал для обоснования патогенетических механизмов формирования предрасположенности к развитию АГ во взрослом возрасте [5].
Материалы и методы
Исследование выполнено на базах патологоанатомического отделения Ульяновской областной детской клинической больницы имени политического и общественного деятеля Ю. Ф. Горячева и лаборатории Научно-исследовательского медико-биологического центра Ульяновского государственного университета на гистологических образцах только левой почки, что было сделано для исключения влияния на результат возможной анатомической вариабельности. Органы были получены от умерших пациентов в возрастном диапазоне от 0 до 12 месяцев без сердечно-сосудистой и почечной патологии и пациентов с врожденной патологией сердца: открытое овальное окно и дефект межжелудочковой перегородки.
Проведенное исследование было одобрено локальным этическим комитетом и научно-координационным советом Ульяновского государственного университета (протокол заседания №3/19 от 20.11.2019) и в полном объеме соответствовало Хельсинкской Декларации WMA Declaration of Helsinki -Ethical Principles for Medical Research Involving Human Subjects. Всего исследованию было подвергнуто 30 левых почек детей, разделенных на две группы:
1) дети без патологии почек и сердечно-сосудистой системы (15 случаев);
2) дети с врожденным пороком развития сердца (15 случаев).
Каждая из этих групп была подразделена на три возрастные подгруппы без учета половой принадлежности: первая подгруппа - 0-2 месяца, вторая подгруппа - 4-6 месяцев, третья подгруппа - 10-12 месяцев. В каждую подгруппу каждой группы было включено по 5 исследуемых почек пациентов соответствующего возрастного диапазона.
Органы для исследования получали, используя аутопсию по методу Шора [6]. После извлечения органокомплекса целиком извлекали левую почку путем отделения от фасции Героты, проводили патоморфологическое описание макропрепарата с обязательным визуальным осмотром для исключения видимых патологий, аномалий и повреждений и взвешиванием на электронных весах ВМК 22 [7]. Далее была проведена вырезка материала в условиях лаборатории (все кусочки взяты одного размера с учетом анатомо-гистологи-ческих особенностей). Материал фиксировали в забуференном формалине до появления возможных аутолитических изменений [8]. Затем проводилась
дегидратация тканей в спиртах восходящей концентрации и ксилоле. После обезвоживания кусочки материала погружались в заливочную среду «Гисто-микс», затем изготавливали парафиновые срезы толщиной 5 мкм, далее депа-рафинировали и окрашивали в растворе гематоксилина, после промывки в проточной воде и в подщелоченной воде окрашивание продолжали в растворе эозина [9].
Все данные для морфометрии получены на бинокулярном микроскопе с помощью микрофотонасадки и программы морфометрии Ьеуепкик. Проводился подсчет всех нефронов, попавших в поле зрения, в том числе и частично, отдельно для околомозговой и отдельно для субкапсулярной зон во всех возрастных подгруппах обеих групп пациентов: и для лиц без патологии почек и сердечно-сосудистой системы, и для лиц с врожденными пороками сердца. За единицу площади было взято поле зрения при увеличении ><10. Всего было взято 20 полей зрения в каждом препарате: 10 полей зрения для субкапсулярной зоны и 10 полей зрения для околомозговой зоны коркового вещества. Определяли общее количество нефронов в зонах коркового вещества по отдельности. Также с помощью инструментов морфометрической программы Ьеуепкик вычислялась площадь мочевого пространства в телах нефронов в зависимости от их типа (площадь капсулы Боумена - Шумлянского) и возраста ребенка.
Статистический анализ полученных результатов проводили при помощи программы Statistica 12.0. Все данные были проанализированы на достоверность по четырем основным показателям MANOVA: лямбда Уилкса, кривая Пиллаи, кривая Лоули - Хотеллинга, наибольший корень Роя, а также на соответствие критерию Шапиро - Уилка (закон о нормальном распределении). Для данных с нормальным распределением был использован ¿-критерий Стьюдента; для прочих данных, распределение которых не попало в рамки нормального распределения, был взят критерий Манна - Уитни. Полученная статистическая погрешность представлена на гистограммах в виде среднего арифметического значения: М± т стандартная ошибка среднего. Значимыми были приняты отличия при р < 0,05. Значение р для каждой тестовой статистики составило менее 0,05, что позволяет говорить о достаточной достоверности полученных результатов.
Результаты
При морфометрии у новорожденных от 0 до 2 месяцев без патологии сердечно-сосудистой системы среднее количество почечных телец в одном поле зрения составило для субкортикальной зоны коркового вещества 11,25 ± 0,2 (рис. 1), а для околомозговой зоны коркового вещества 8,38 ± 0,24 (рис. 2), в следующей возрастной группе от 4 до 6 месяцев наблюдалось относительное снижение среднего количества почечных телец до 8,38 ± 0,23 в субкортикальной и до 5,25 ± 0,25 в околомозговой зоне, в возрастной группе от 10 до 12 месяцев наблюдалось продолжение снижения среднего количества субкортикальных нефронов в относительном выражении до 6,75 ± 0,22, в то же время среднее количество нефронов в околомозговой зоне возросло до 8,5 ± 0,21.
В группе детей до года, страдающих патологией сердечно-сосудистой системы, наблюдалась следующая динамика дифференцировки коркового вещества почки: в возрасте 0-2 месяца среднее количество почечных телец
на единицу площади составило 10,24 ± 0,21 в субкортикальной зоне и 7,23 ± 0,23 в околомозговой зоне, в возрастном периоде 4-6 месяцев среднее количество нефронов в поле зрения в субкортикальной зоне снизилось до 7,34 ± 0,24, а в околомозговой зоне до 4,21 ± 0,25, а в возрасте 10-12 месяцев среднее количество субкортикальных нефронов снизилось до 5,72 ± 0,22, а околомозговых возросло до 7,18 ± 0,22 (рис. 1, 2).
14 12 10 8 6 4 2 0
0-2 месяцев 4-6 месяцев 10-12 месяцев
Пациенты без патологии сердечно-сосудистой системы Пациенты с выявленной патологией сердечно-сосудистой системы
Рис. 1. Среднее количество тел в субкортикальной зоне
10 8 6 4 2 0
I
0-2 месяцев 4-6 месяцев 10-12 месяцев
■ Пациенты без патологии сердечно-сосудистой системы
■ Пациенты с выявленной патологией сердечно-сосудистой системы
Рис. 2. Среднее количество тел нефронов в околомозговой зоне Обсуждение
Таким образом, у пациентов без патологии сердечно-сосудистой системы дифференцировка субкортикальных нефронов происходит линейно. Выявляется отчетливая тенденция к уменьшению количества нефронов на единицу площади с возрастом, что свидетельствует о прогрессивном равномерном развитии их канальцевого аппарата и, косвенно, о росте вклада данных нефронов в процесс обратной реабсорбции и концентрации мочи. Сходные результаты были получены в экспериментальных исследованиях П. Свиток и соавторов, проведенных на лабораторных животных [10].
Динамика развития околомозговых нефронов в этой же группе пациентов не столь однозначна. До возраста б месяцев наблюдается такая же тенденция, как и у кортикальных нефронов, но к возрасту 10-12 месяцев количество тел околомозговых нефронов на условную единицу площади возрастает до значений, определяемых в двухмесячном возрасте. С одной стороны, данный факт свидетельствует о меньшем развитии канальцевого аппарата околомозговой зоны, а с другой - о росте площади почечных телец околомозговых нефронов, что было определено в нашем предыдущем исследовании [11].
У пациентов с патологией сердечно-сосудистой системы динамика дифференцировки нефронов субкапсулярной зоны отличается от показателей, выявленных в первой группе, и повторяет динамику дифференцировки околомозговых нефронов. То есть наличие пороков развития сердечнососудистой системы, в данном случае открытого овального окна и дефекта межжелудочковой перегородки, при дифференцировке почечной паренхимы приводит к изменению соотношения площадей, занимаемых почечными тельцами и канальцевым аппаратом. Это может свидетельствовать о постоянно растущей нагрузке на почки в связи с изменением условий гемодинамики.
О нарушении дифференцировки почек при патологии сердечнососудистой системы также свидетельствуют исследования Ю. Арима и соавторов [1]. Было установлено, что при экспериментальном стенозе легочного ствола у щенков сокращался просвет почечных артерий, а их стенки утолщались. Внутренняя эластическая мембрана собиралась в складки и приобретала гофрированный вид, что является признаком гипертонуса. В ряде случаев в этих сосудах выявлялись склеротические изменения интимы, реже средней оболочки.
Заключение
Наличие врожденных пороков развития сердечно-сосудистой системы, в частности дефекта межжелудочковой перегородки и открытого овального окна, в течение первого года жизни ребенка приводит к изменениям диффе-ренцировки почечной паренхимы, что проявляется в относительном увеличении количества почечных телец на единицу площади как околомозговых, так и субкапсулярных нефронов. У детей без патологии сердечно-сосудистой системы наблюдается прогрессивное линейное снижение количества почечных телец на условную единицу площади в течение первого года жизни. Изменение дифференцировки субкапсулярной зоны почек при наличии врожденных пороков развития сердечно-сосудистой системы может стать одним из патогенетических этапов развития артериальной гипертензии.
Список литературы
1. Арима Ю., Нишияма К., Изумия Ю., Кайкита К., Хокимото С., Цуджита К. Происхождение артериальной гипертензии у плода // Advances in Experimental Medicine and Biology. 2018. № 1012. С. 41-48. doi: 10.1007/978-981-10-552б-3_5
2. Меллер С. Х., Гриненко С., Айелло Х., Кордова А., Саенс-Техейра M. М., Маранц П., Отаньо Л. Врожденный порок сердца, пренатальная диагностика и лечение // Archivos Argentinos de Pediatría. 2020. № 2. С. 149-1б1. doi: 10.5546/aap.2020.eng.e149 PMID: 32199055
3. Хуонг Дж. Н., Вилсон Т. Г., Йенгар А. Дж., Д'Удекэм Ю. Острая и хроническая болезнь почек после врожденной операции на сердце: обзор // The Annals of Thoracic Surgery. 2021. № 5. С. 1698-1706. doi: 10.1016/j.athoracsur.2020.10.054
4. Гист К. М., Квятковский Д. М., Купер Д. С. Острое поражение почек при врожденных пороках сердца // Current Opinion in Cardiology. 2018. № 33. С. 101-107. doi: 10.1097/HC0.0000000000000473 PMID: 29028633
5. Сазерленд Т., О'Доннелл С. Артефакты смерти: посмертные данные КТ // J Med Imaging Radiat Oncol. 2018. № 1. С. 203-210. doi: 10.1111/1754-9485.12691
6. Ариэль П. Руководство для начинающих по очистке тканей // The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 2017. № 2. С. 35-39. doi: 10.1016/j.biocel.2016.12.009
7. Фельдман А. Т., Вулф Д. Обработка тканей и окрашивание гематоксилином и эозином // Methods Mol Biol. 2014. № 1180. С. 31-43. doi: 10.1007/978-1-4939-1050-2_3
8. Кардифф Р. Д., Миллер К. Х., Манн Р. Дж. Ручное окрашивание срезов тканей мыши гематоксилином и эозином // Cold Spring Harb Protoc. 2014. № 6. С. 655658. doi: 10.1101/pdb.prot073411
9. Гроссет А. А., Лояза-Вега К., Адам-Грэйджер Е. [и др.]. Протокол контрастного окрашивания гематоксилином и эозином для интерпретации и диагностики имму-ногистохимии // Appl Immunohistochem Mol Morphol. 2019. № 7. С. 558-563. doi: 10.1097/PAI.0000000000000626
10. Свиток П., Молкан Л., Весела А., Крузляк П., Моравчик Р., Земан М. Повышенное потребление соли в раннем онтогенезе приводит к развитию артериальной гипер-тензии у солеустойчивых крыс Вистар // Clin Exp Hypertens. 2015. № 2. С. 142147. doi: 10.3109/10641963.2014.913610
11. Сологуб А. А., Слесарева Е. В. Морфологическая оценка динамики развития коркового вещества почки в детском возрасте // Ульяновский медико-биологический журнал. 2022. № 1. С. 65-74. doi: 10.34014/2227-1848-2022-1-65-74
References
1. Arima Yu., Nishiyama K., Izumiya Yu., Kaykita K., Khokimoto S., Tsudzhita K. Origin of arterial hypertension in the fetus. Advances in Experimental Medicine and Biology. 2018;(1012):41-48. doi: 10.1007/978-981-10-5526-3_5
2. Meller S.Kh., Grinenko S., Ayello Kh., Kordova A., Saens-Tekheyra M.M., Marants P., Otan'o L. Congenital heart disease, prenatal diagnosis and treatment. Archivos Argentinos de Pediatria. 2020;(2):149-161. doi: 10.5546/aap.2020.eng.e149 PMID: 32199055
3. Khuong Dzh.N., Vilson T.G., Yengar A.Dzh., D'Udekem Yu. Acute and chronic kidney disease after congenital heart surgery: review. The Annals of Thoracic Surgery. 2021;(5):1698-1706. doi: 10.1016/j.athoracsur.2020.10.054
4. Gist K.M., Kvyatkovskiy D.M., Kuper D.S. Acute kidney damage due to congenital heart defects. Current Opinion in Cardiology. 2018;(33):101-107. doi: 10.1097/HC0.0000000000000473 PMID: 29028633
5. Sazerlend T., O'Donnell S. Artifacts of death: postmortem CT findings. J Med Imaging Radiat Oncol. 2018;(1):203-210. doi: 10.1111/1754-9485.12691
6. Ariel' P. A beginner's guide to deaning tissues. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 2017;(2):35-39. doi: 10.1016/j.biocel.2016.12.009
7. Fel'dman A.T., Vulf D. Tissue processing and hematoxylin and eosin staining. Methods Mol Biol. 2014;(1180):31-43. doi: 10.1007/978-1-4939-1050-2_3
8. Kardiff R.D., Miller K.Kh., Mann R.Dzh. Manual staining of mouse tissue sections with hematoxylin and eosin. Cold Spring Harb Protoc. 2014;(6):655-658. doi: 10.1101/pdb.prot073411
9. Grosset A.A., Loyaza-Vega K., Adam-Greydzher E. et al. Hematoxylin and eosin coun-terstaining protocol for interpretation and diagnosis of immunohistochemistry. Appl Immunohistochem Mol Morphol. 2019;(7):558-563. doi: 10.1097/PAI.0000000000000626
10. Svitok P., Molkan L., Vesela A., Kruzlyak P., Moravchik R., Zeman M. Increased salt consumption in early ontogenesis leads to the development of arterial hypertension in salt-tolerant Wistar rats. Clin Exp Hypertens. 2015;(2):142-147. doi: 10.3109/10641963.2014.913610
11. Sologub A.A., Slesareva E.V. Morphological assessment of the dynamics of development of the renal cortex in childhood. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal = Ulyanovsk medical and biological journal. 2022;(1):65-74. (In Russ.). doi: 10.34014/2227-1848-2022-1-65-74
Информация об авторах / Information about the authors
Антон Андреевич Сологуб ассистент кафедры морфологии, Институт медицины, экологии и физической культуры, Ульяновский государственный университет (г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42)
E-mail: sologubrv@mail.ru
Anton A. Sologub
Assistant of sub-department of morphology, Institute of medicine, ecology and physical culture, Ulyanovsk State University (42 Lva Tolstogo street, Ulyanovsk, Russia)
Елена Васильевна Слесарева доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой морфологии, Институт медицины, экологии и физической культуры, Ульяновский государственный университет (г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42)
E-mail: gistology2@mail.ru
Татьяна Ивановна Кузнецова кандидат биологических наук, доцент кафедры морфологии, Институт медицины, экологии и физической культуры, Ульяновский государственный университет (г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42)
E-mail: tattkuznetsova@rambler.ru
Elena V. Slesareva Doctor of medical sciences, associate professor, head of the sub-department of morphology, Institute of medicine, ecology and physical culture, Ulyanovsk State University (42 Lva Tolstogo street, Ulyanovsk, Russia)
Tat'yana I. Kuznetsova Candidate of biological sciences, associate professor of the sub-department of morphology, Institute of medicine, ecology and physical culture, Ulyanovsk State University (42 Lva Tolstogo street, Ulyanovsk, Russia)
Ольга Федоровна Денисова
кандидат биологических наук, доцент кафедры морфологии, Институт медицины, экологии и физической культуры, Ульяновский государственный университет (г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42)
E-mail: gistology2@mail.ru
Ol'ga F. Denisova
Candidate of biological sciences, associate professor of the sub-department of morphology, Institute of medicine, ecology and physical culture, Ulyanovsk State University (42 Lva Tolstogo street, Ulyanovsk, Russia)
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов / The authors declare no conflicts of interests.
Поступила в редакцию / Received 26.02.2023
Поступила после рецензирования и доработки / Revised 30.04.2023 Принята к публикации / Accepted 20.05.2023
