CC BY
13
УДК 611.12: 611.013: 612.751.3
Довгаль Г. В., Довгаль М. А., Романенко О. А., Руденко К. М.
ПРЕНАТАЛЬНА ДИНАМIKA КИСЛИХ ГЛ1К03АМ1Н0ГЛ1КАН1В В СЕРЦ1 ЩУР1В
В HOPMI ТА П1Д ВПЛИВОМ АЦЕТАТУ СВИНЦЮ
Державний заклад «Днтропетровська медична академт МОЗ Укра'Гни» (м. Днтро)
Виконане доогмдження е частиною планово! на-уково! теми кафедри анатоми людини «Розвиток та морфо-функцюнальний стан оргаыв та тканин екс-периментальнихтварин та людини в норм!, в онтогенез!, пщ впливом зовншых чинниюв» (Ы° державно! реестраци 0111 и009598).
Вступ. Тепершнм час вщзначаеться активним доогмдженням впливу негативних фактор1в навко-лишнього середовища, особливо в пренатальний перюд розвитку. Бтьшють оргаыв \ систем зарод-ка та плоду страждають вщ впливу важких метал1в [1,2]. Патолопя серця та вади його розвитку також залежать вщ ступеня впливу токсикаттв, зокрема сполук свинцю, що е одними з найбтьш загрозли-вих зовншых агетчв в пренатальному онтогенез!. Стромальний компонент серця викпючно важпивий в ранньому розвитку для основних процеЫв псто-генезу, зокрема диференщювання, м!грац1! кп!тин вЫх титв та !х апоптозу [3,4,7,8]. В тепершнм час пщтримуеться великий ¡нтерес до впливу сполук свинцю на серце зртих щур1в [5], а дослщження формування стромального компоненту серця за-лишаються важпивими внаслщок подальшого розвитку нов!тн!х технолопй [4,6,9]. Таким чином, в науковм л1тератур! практично вщсутн! досл!дження розвитку матриксу серця ссавщв пюля впливу сполук свинцю.
Метою дослщження було встановлення динамки змЫ позаклггинного матриксу в серц! щур1в протягом пренатального розвитку в норм! та пюля впливу ацетату свинцю.
Об'ект I методи дослщження. Матер1алом були ембр!они та плоди ¡нтактних бтих щур1в л!н!1 В!стар на 11, 12, 14, 16 та 18 добу пренатального розвитку в норм! та пюля впливу ацетату свинцю. Самиц! отримували ацетат свинцю рег оэ в вигляд! водного розчину в доз! 50 мг/кг на добу протягом 3 тижыв до початку ваптност! та протягом ваптностг Матер!ал ф!ксували рщиною розчином формалшу та заливали у парапласт за загальноприйнятими методиками. Для виявлення кислих глкозамшоглкаыв (ГАГ) пстолопчн! зр1зи п!дцавали г!стох!м!чному за-барвленню за Стщменом.
Експерименти виконан! з дотриманням вимог бвропейсько! конвенц!! про захист хребетних тва-рин, що використовуються для дослщних та ¡нших наукових цтей, (Страсбург, 1986) та Закону Украг ни «Про захист тварин вщ жорстокого поводження» (2006).
Результати дослщжень та Тх обговорення. На
11 добу пренатального розвитку в серц! щур!в контр-
ольно! групи ми спостеркали розвинен! передсердя з широким отвором венозного синусу, м!жперед-сердну перегородку, що формуеться, шлуночок, що переходив в конусно-стовбуровий в1дцш. Розпод1л кислих ГАГ був залежним вщ виразност! мезенх!м-них структур та базально! мембрани. Так, накопи-ченням кислих ГАГ визначався субендокардтьний прошарок в ycix в!дд!лах серця, хоча передсердний вщр!знявся найменшою концентрац!ею цих речо-вин. У в!дпов!дност! до швидкого розвитку структур, що мютять мезенх!мну тканину - подушок атрювен-трикулярного каналу (АВК), подушок конусного та стовбурового вщд!пу серця - ми спостер!гали й най-б!льшу щтьн!сть кислих ГАГ в цих дтянках. Розпо-
ДШ ЦЬОГО КОМПОНеНТу МаТрИКСу був HepiBHOMipHHM
в кожн!й з цих структур. Передня та зады подушки АВК демонстрували найбтьшу концентрац!ю кислих ГАГ в центральних вщдтах подушок, де вщбувалася ¡нтенсивна прол!ферац!я мезенх!мних клггин. Майже ацелюлярн! зони подушок, прилегл! до мюкарду АВК, не мютили цих речовин. Субендокард!альн! fli-лянки подушок мали тонкий прошарок кислих ГАГ, що за товщиною та ¡нтенсивнютю забарвлення на-ближався до прошарку в шлуночковому вщдт!. Конусы та стовбуров! подушки мали бтьш р!вном!рний патерн розподту речовин, що мали забарвлення альциановим блакитним. В мюкард! передсердь кисли ГАГ не виявлялися, а в м!жкгмтинному простор! шлуночкового вщдту виявлялися тон к! смужки за-барвленого матер!алу, особливо в губчастому шар!.
На 12 добу зберкалися особливост! розподту кислих ГАГ, що ми спостер!гали на попередн!й стади. 1нтенсивне накопичення цього компоненту матриксу спостеркалося в м!жпередсердн!й перегороди, яка знаходилась на стадй' активного формування, на стику мезенх!мно! та м'язово! тканин; менша ¡н-тенсивнють реакцй' була притаманна мезенх!мн!й частин! перегородки. Кисл! ГАГ мали нер!вном!рний розпод!л в подушках АВК. Дтянки aTpio-вентрику-лярних (AB) подушок, що найбтьш виступали в по-рожнину серця, мютили ц! речовини в велиюй кон-центрац!! в вщносно б!дних на кл!тини зонах бтя м!окарду. Дтянки максимального скупчення кгмтин визначалися м!н!мальним накопиченням цього компоненту матриксу. В каудальних вщдтах обох подушок, практично не визначалося забарвлення на киот ГАГ, нав!тьу малокгмтинних зонах. Для гребеыв конусно-стовбурового вщдту серця був також ха-рактерним р!вном!рний розподт цих речовин. М1ж шлуночковим ендотел!ем та мюкардом ми спосте-р!гали тонкий прошарок кислих ГАГ. В субендокар-
Д1альн1и зон1 передсердного В1дц1лу вони маиже не накопичу вались.
На 14добумюця активного ростутатрансформа-цм в серц1 були вщм1чеы пщвищеною концентрац1ею кислих ГАГ. Клин м'язово! тканини к/мжпередсердно! перегородки контактував з мезенх1мною тканиною передньо-верхньо! АВ подушки, що була насинена цими речовинами. М1жпередсердна перегородка вщр1знялась вщносно р1вном1рним розподтом кислих ГАГ в мезенх1мнм частинг В АВ перегороди, що на цей час була виповненою з мезенх1мно! тканини, накопичення кислих ГАГ вщм1чало центральы 11 дтянки (рис. 1), яю вщр1знялися також бтьшою щтьнютю клггин, деяю з них знаходились на р1зних
Рис. 1. Фрагмент АВ перегородки серця щура на 14 добу пренатального розвитку в HopMi.
Забарвлення за Стщменом. Збшьш.: ок. х10, об. х40.
стад1ях апоптозу. 1нтерстицм мюкарду передсердь та АВК мютив невелик! тяж1 забарвлено! речовини. В ycix вщдтах серця був присутнм забарвлений про-шарок м1ж ендокардом та мюкардом, ¡нтенсивнють кольору залежала вщ товщини шару матриксу. Так, в передсердному в1дд1лi вш був найтоншим з най-меншою виразнютю забарвлення, хоча пор1вняно до попередньо! точки спостереження реакц1я пом1тно посилювалась. Найбтьш ¡нтенсивне забарвлення демонстрували каудальы частини обох передсердь, що контактували з АВК. Цкавим фактом е те, що пе-
редсерднии В1ддт серця у курки на аналогнних ста-д1ях формування серця майже не накопичуе кисл1 ГАГ [3]. Збер1гався шар матриксу, що був насиченим на ГАГ, в субендокард1альному простор! шлуночюв, особливо в трабекулах, та випускного тракту. В су-бепкард1, що був добре розвинений на цей перюд спостереження, ¡нтенсивнють секреци кислих ГАГ теж залежала вщ вщдту серця та товщини цього шару. Миспостер1галитонютяж1, ¡нтенсивно забарв-леы альциановим блакитним, що були розташоваы в напрямку вщ субепкарду до мюкарду. Найчастше така картина була притаманною передсердному вщдту серця напроти мюць активного росту гребшчас-тих м'яз1в. Також ¡стотне накопичення забарвлених речовин вщбувалося в конусно-стволовому в1ддт1 серця, що частково роздтився (рис. 2). В дтян-ц1 контакту тулубно! мезенх1ми та АВК, що вщм1чае дорсальний мезокардм, ¡нтенсивнють реакци була дуже високою. Це пов'язано з активною м1грац1ею клггин, що мають позасерцеве походження в субе-пкардтьну мезенх1му, а пот1м в бтьш глибою шари серця. Ц1 м1гранти, частина яких походить з нерво-вого гребеня, сформують популяци гладком'язових клггин, перицттв, ф1бробласт1в серця [7,8].
На 16 добу передсердний в1дцш серця вщзна-чався нагромадженням кислих ГАГ м1ж мюкардом й ендокардом в гребЫчастих м'язах обох передсердь. В шлуночках концентрац1я речовин цього типу змен-шувалась вщповщно до стоншення цього прошарку. Розподт кислих ГАГ у мезенх1ми аорти та легенево-го стовбуру мав град1ент з1 збтьшенням у напрямку до зони контакту з мюкардом (рис. 3). В мюкард1
г^тщ
' Ту .V • f« • -Ъ. <
Рис. 2. Аорта та легеневий стовбур серця щура на 16 добу пренатального розвитку в HopMi. Забарвлення за Стщменом. Збшьш.: ок. х10, об. х10.
Рис. 3. Фрагмент стшки легеневого стовбуру серця щура на 16 добу пренатального розвитку в нормк Забарвлення за Стщменом. Збшьш.: ок. х10, об. х40.
цього вщдту ми спостер1гали окрем1 забарвлеы тяжг В зоы контакту АВК з тулубною мезенх1мою збер1галась пщвищена щтьнють цих речовин.
На 18 добу передсердний в1ддт демонстрував зменшення ¡нтенсивност1 продукци кислих ГАГ, особливо в субендокард1альнм зонт В мюкард1 передсердь ми не виявили забарвлення внаслщок високо! щтьност1 кардюмюцтчв. Субендокард1альний шар збер1гав високу концентрацю речовин цього типу. В зоы АВ клапаыв найбтьш виразна реакц1я була притаманна стулкам, але не в мюцях максимального скупчення мезенх1мних клггин. Контакт мюкарду
* л
f. • 1 • •
• Ь - .
S
Рис. 4. Фрагмент зони контакту мезенх1ми та мюкарду АВК на 16 добу пренатального розвитку шд впливом ацетату свинцю. Забарвлення за Стщменом. Збшьш.: ок. х10, об. х40.
та мезенх1ми АВК також видтявся пщвищеною ¡н-тенсивнютю забарвлення, особливо з правого боку. Стулки морального клапану та твмюяцевих клапа-ыв демонстрували ¡стотну концентрац1ю цих речовин. В шлуночковому в1дцш1 серця, як в стшках, так й в м1жшлуночковм перегороди, насиченють ¡нтер-стицю кислими ГАГ була невисокою. В стшц1 аорти та легеневого стовбуру ми спостеркали суттеве накопичення кислих ГАГ. Барвник розподтявся кон-центрично м1ж прошарками мезенх1мних кгмтин, що формували мембрани.
В зародюв експериментально! групи, як правило, спостер1галось зменшення ¡нтенсивност1 продукци кислих ГАГ протягом всього доогмдженого перю-
ду. Привертало увагу р1зке збщнення речовинами цього типу субепкард1ального шару та ¡нод1 над-лишкове накопичення, зокрема в зоы контакту ме-зенх1мита мюкарду АВК, основи конусу серця, верх-ньо! частини м1жшлуночково! перегородки, що було пов'язаним з апоптотичними процесами (рис. 4). На вс1х доелщжених етапах загалом пригычення се-креци речовин цього типу супроводжувалось менш виразним розвитком мезенх1мних структур.
Висновки. Кисл1 ГАГ в серця щур1в протягом пренатального перюду накопичуються в дтянках, що ыдцаы активним морфогенетичним перебудо-вам, — м1жпередсердна перегородка, греб1нчаст1 м'язи передсердь, АВ подушки, АВ перегородка, трабекули шлуночюв, подушки конусу та стволу, клапаны зони, зона дорсального мезокардю та су-бепкард1альний шар, та мають важпиве значения для 1х формування. В цтому, концентрац1я кислих ГАГ в основнм речовин1 сполучно! тканини серця знижуеться протягом дослщженого пер1оду, але це залежитьвщв1ддтута окремих д1лянок. Пщ впливом ацетату свинцю, загалом, вщбуваеться пригн1чення продукц11 кислих ГАГ, та в дтянках, що мютять пато-лог1чно високу концентрац1ю апоптотичних клггин, напроти, концентрац1я 1х може пщвищуватись.
Перспективи подальших досл1джень. Подал ьша перспектива дослщжень в цьому напрям-ку е пов'язаною з виявленням вщхилень в розвитку ¡нших компонент1в матриксу та волокон строми серця пщ впливом ацетату свинцю та ¡нших сполук важких метал1в.
Лп-ература
1. Dovgal H.V. Morfologichni zmini v rozvitku pechinki schuriv pri vplivi atsetatu svintsyu ta za umov korektsiyi v prenatalnomu periodi / H.V. Dovgal // Ukrayinskiy morfologichniy almanah. - 2014. - T. 12, № 1. - S. 42-44.
2. Dovgal H.V. Rozvitok selezinki schuriv v piznomu prenatalnomu periodi pid vplivom atsetatu svintsyu ta za umov korektsiyi / H.V. Dovgal //Visnik problem biologiyi i meditsini. -2013. - Vip. 4(105). -S. 197-200.
3. Mashtalir M.A. Kletochnyie populyatsii v embrionalnom serdtse: vzaimodeystviya pri normalnom i anomalnom razvitii / M.A. Mashtalir // Tavricheskiy mediko-biologicheskiy vestnik. - 2004. - T. 7, № 4. - S. 84-85.
4. Acellular cardiac extracellular matrix as a scaffold for tissue engineering: in vitro cell support, remodeling, and biocompatibility / Y Eitan, U. Sarig, N. Dahan, M. Machluf//Tissue. Eng. Parte. Methods. -2010. - Vol. 16, № 4. - P. 671-683.
5. Cardiovascular responses to lead are biphasic, while methylmercury, but not inorganic mercury, monotonically increases blood pressure in rats / T.M. Wildemann, N. Mirhosseini, S.D. Siciliano, L.P. Weber // Toxicology. - 2015. - Vol. 328. - P. 1-11.
6. Imaging cardiac extracellular matrices: a blueprint for regeneration / J.P. Jung, J.M. Squirrell, G.E. Lyons [et al.] // Trends Biotechnol. -2012. - Vol. 30, № 4. - P. 233-240.
7. Poelmann R.E. A Subpopulation of apoptosis-prone cardiac neural crest cells targets to the venous pole: multiple functions in heart development? / R.E. Poelmann, A.C. Gittenberger-de Groot //Dev. biol. - 1999. - Vol. 207. - P. 271-286.
8. Poelmann R.E. The role of the epicardium and neural crest as extracardiac contributors to coronary vascular development / R.E. Poelmann, H. Lie-Venema, A.C. Gittenberger-de Groot//Tex. Heart Inst. J. - 2002. - Vol. 29, № 4. - P. 255-261.
9. Spatial and temporal analysis of extracellular matrix proteins in the developing murine heart: a blueprint for regeneration / K.P. Hanson, J.P. Jung, Q.A. Tran [et al.]//Tissue Eng. Part A. - 2013. - Vol. 19, № 9-10. - P. 1132-1143.
УДК 611.12: 611.013: 612.751.3
ПРЕНАТАЛЬНА ДИНАМ1КА КИСЛИХ ГЛ1КОЗАМ1НОГЛ1КАН1В В СЕРЦ1 ЩУР1В В HOPMI ТА П1Д ВПЛИВОМ АЦЕТАТУ СВИНЦЮ
Довгаль Г. В., Довгаль М. А., Романенко О. А., Руденко К. М.
Резюме. Метою дослщження було встановлення динамки кислих ггпкозамЫоггпкаыв (ГАГ) в серц1 щур1в в норм1та пюля впливу ацетату свинцю на 11, 12, 14, 16та 18 добу пренатального розвитку. Самиц1 отримували ацетат свинцю per os в вигляд1 водного розчину в доз1 50 мг/кг на добу 3 тижы до початку та протягом ваггг-HOCTi. Пстолопчы зр1зи вилучених зародюв та плод1в пщцавалися г1стох1м1чному дослщженню за Стщменом для виявлення кислих ГАГ. Встановлено, що ц1 речовини мають важпиве значения для формування трабекул в шлуночках серця та гребЫчастих м'яз1в в передсердях; Bcix дтянок, що мютять мезенх1мну тканину, а також
клапанно1та субепкард1ально1зон, що пщцаються активним структурним перебудовам протягом цього nepio-ду. Пщ впливом ацетату свинцю загалом вщбуваеться прип-пчення продукци кислих ГАГ та в дтянкахз високою щты-пстю апоптотичних кгмтин концентрац1я i'x може пщвищуватись.
Ключов1 слова: серце, ацетат свинцю, пренатальний розвиток, позакгмтинний матрикс, кисл1 ггпкозамЫо-ггпкани.
УДК 611.12: 611.013: 612.751.3
ПРЕНАТАЛЬНАЯ ДИНАМИКА КИСЛЫХ ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНОВ В СЕРДЦЕ КРЫС В НОРМЕ И ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АЦЕТАТА СВИНЦА
Довгаль Г. В., Довгаль М. А., Романенко А. А., Руденко Е. Н.
Резюме. Целью исследования было определение динамики кислых гликозаминогликанов (ГАГ) в сердце крыс в норме и под воздействием ацетата свинца на 11, 12, 14, 16 и 18 сутки пренатального развития. Самки получали ацетат свинца per os в виде водного раствора в дозе 50 мг/кг/сут 3 недели до начала беременности и на протяжении беременности. Гистологические срезы зародышей и плодов крыс подвергали гистохимическому исследованию по Стидменудпя выявления кислых ГАГ. Обнаружено, что эти вещества имеют важное значение для формирования трабекул в желудочках сердца и гребенчатых мышц в предсердиях; всех участков, которые содержат мезенхимную ткань, а также клапанной и субэпикардиальной зон, которые подвергаются активным перестройкам на протяжении этого периода. Под воздействием ацетата свинца угнетается продукция кислых ГАП а в участках с высокой плотностью апоптотических клеток концентрация их может возрастать.
Ключевые слова: сердце, ацетат свинца, пренатальное развитие, внеклеточный матрикс, кислые гликозаминогликаны.
UDC 611.12: 611.013: 612.751.3
THE PRENATAL DYNAMICS OF ACID GLYCOSAMINOGLYCANS IN THE INTACT RAT HEART AND AFTER LEAD ACETATE TREATMENT
Dovgal H. V., Dovgal M. A., Romanenko O. A., Rudenko К. M.
Abstract. Lead acetate - one of the prevalent toxicant in the external environment - is also known as dangerous prenatal factor. Most organs and systems of the embryo and fetuses, including cardio-vascular system, suffer from the influence of lead acetate. The stroma of the heart is extremely important in early development. Little is known about the development of the mammalian heart matrix after lead acetate treatment.
The purpose of our study was to determine the changes in the extracellular matrix of rat heart during prenatal development after lead acetate treatment.
Object and methods. The material was the embryos and fetuses of the intact Vistar rats at 11th, 12th, 14th, 16th and 18th days of prenatal development and after lead acetate treatment. Female rats were treated by 50 mg/kg of lead acetate per os daily for 3 weeks before pregnancy and during pregnancy. The embryos and fetuses were taken, fixed in formalin and embedded into paraplast. To detect acid glycosaminoglycans (GAG) sections were stained with alcian blue by Stidman.
Results and discussion. On thel 1th day of prenatal development in the intact hearts the mesenchymal cushions of atrioventricular canal as well as conical and truncal cushions had demonstrated the highest concentration of acid GAG. The accumulation of acidic GAG was observed in the subendocardial layer in all parts of the heart. The intensive accumulation of this matrix component had been observed in the atrial septum by 12th prenatal day, especially along the line of the contact of muscular and mesenchymal portions of atrial septum. The thin layer of acid GAG had indicated the subendocardial zone in the ventricles and within the subepicardial layer. The increasing of acid GAG production by 14th prenatal day had marked the regions of rapid growth and transformation in the heart. In both atria the accumulation of this component of matrix was observed in the atrial wall opposite the place of musculi pectinati growth. The mesenchymal part of the atrial septum had demonstrated the uniform pattern of acid GAG distribution. The mesenchymal atrio-ventricularseptum was saturated with these substances in its central portion where the active apoptotic processes had been noticed. The high level of acid GAG had also been observed in the cono-truncal part of the heart and within the mesenchyma of the dorsal mesocardium. The accumulation of acid GAG had been noticed in the subendocardial layer of musculi pectinati of both atria by 16th prenatal day. This layer had become thinner in the ventricles meanwhile the concentration acid GAG was decreasing there between 14th and 16th prenatal day. The distribution of acid GAG in the mesenchyma of the aorta and pulmonary trunk had shown a gradient with an increase towards the zone of contact with the myocardium. The pattern of acid GAG distribution had remained mostly the same by 18th day with common decrease in production.
The inhibition of acid GAG production accompanied by the retardation of mesenchymal structures had been observed in the hearts of the fetuses and embryos of experimental group throughout the prenatal period. We had noticed the markedly loss of acid GAG in the subepicardial layer. Some regions such as the contact area of mesenchyma and myocardium of atrio-ventricular canal, the basis of the heart cone, the upper part of the interventricular septum had demonstrated the local accumulation of acid GAG, strongly associated with the apoptotic processes.
Conclusions. The acid GAG play the crucial role for the heart regions with the active developmental changes. The inhibition of the acid GAG production occurs after lead acetate treatment, and in the areas with high amount of apoptotic cells the concentration of acid GAG may be elevated.
Keywords: heart, lead acetate, prenatal development, extracellular matrix, acid glycosaminoglycans.
Рецензент — проф. Бшаш С. М.
Стаття надшш ла 09.08.2017 року
