CC BY
1940 Norwegian Journal of development of the International Science No 16/2018
SUBCELLULAR MECHANISMS OF DILATED CARDIOMYOPATHY PROGRESSION
Tsyplenkova V.
doctor of medical sciences. Chief researcher of department of experimental surgery, Institute of translational medicine, Pirogov Russian Research Medical University, Russia, Moscow
Suslov V.
candidate of medical sciences, senior researcher of department of experimental surgery, Institute of translational medicine, Pirogov Russian Research Medical University, Russia, Moscow
Oettinger A.
Doctor of medical sciences, professor, Head of Department of experimental surgery, Institute of translational
medicine, Pirogov Russian Research Medical University, Russia, Moscow
СУБКЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПРОГРЕССИРОВАНИЯ ДИЛАТАЦИОННОЙ
КАРДИОМИОПАТИИ
Цыпленкова В.Г.
доктор медицинских наук, главный научный сотрудник отдела экспериментальной хирургии Института трансляционной медицины ФГБОУ ВО Российский Национальный исследовательский медицинский
Университет им.Н.И.Пирогова, Россия, Москва
Суслов В.Б.
кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела экспериментальной хирургии Института трансляционной медицины ФГБОУ ВО Российский Национальный исследовательский
медицинский Университет им.Н.И.Пирогова, Россия, Москва
Эттингер А.П.
доктор медицинских наук, профессор, руководитель отдела экспериментальной хирургии Института трансляционной медицины ФГБОУ ВО Росссийский Национальный исследовательский медицинский Университет им.Н.И.Пирогова, Россия, Москва.
Abstract
Endomyocardial biopsies performed in patients with dilated cardiomyopathy and various degree of heart failure. By ultrastructural investigation there were found accumulation of destructed old small mytochondria, lypofuscin granules, autophagic vacuoles and other biological garbage in cardiomyocytes of patients with severe degree of heart failure. In patients with light degree of heart failure there were obtained only moderate cardiomy-ocytes hypertrophy, interstitial oedema and accumulation of small preserved mithochondria. It was supposed that these signs of catabolism disturbances in cardiomyocytes may be factors of progression of dilated cardiomyopathy and heart failure. It may be connected with primary genetic disturbances in autophagy and exocytosis level of such patients
Аннотация
Проведено ультраструктурное исследование кардиомиоцитов на материале эндомиокардиальных биопсияй больных дилатационной кардиомиопатией с признаками сердечной недостаточности разной степени тяжести. Обнаружено, что прогрессирование заболевания сопровождается значительными изменениями кардиомиоцитов на субклеточном уровне. Происходит накопление биологического «мусора» :старых дефектных митохондрий, липофусциновых гранул, белковых конгломератов, аутофагических вакуолей, миелиноподобных образований. Эти изменения нарастают по мере утяжеления степени сердечной недостаточности. Вывленные признаки нарушений катаболизма кардиомиоцитов, по-видимому, связанны с генетическими нарушениями, приводящими к снижению уровня аутофагии и экзоцитоза
Keywords: cardiomyopathy, cardiomyocyte, ultrastructure, catabolism.
Ключевые слова: кардиомиопатия, кардиомиоцит,, ультраструктура, катаболизм.
Дилатационная кардиомиопатия (ДКМП) является тяжелым, жизнеугрожающим заболеванием быстрого течения. Время жизни от момента постановки диагноза до летального исхода составляет от2 до 7 лет.[ 1 ]. Хотя изучению пато- и морфогенеза ДКМП посвящено большое количество работ на материале вскрытий, биопсийном материале и в эксперименте, до сих пор окончательно не выяснены механизмы, приводящие к столь быстрому прогрессированию заболевания. Настоящая работа посвящена изучению ультраструктуры кардиомио-
цитов (КМЦ) больных ДКМП с различной степенью сердечной недостаточности на материале диагностических эндомиокардиальных биопсий.
Материал и методы исследования. Методом ультраструктурного анализа был изучен миокард больных ДКМП , мужчин в возрасте от 36 до50 лет, у пяти пациентов 1 группы отмечалась недостаточность кровообращения 1А, во 2-й группе были пять больных с недостаточностью кровообращения II Б.. Забор материала осуществлялся во время проведения коронаро-вентрикулографии, в основном, из правого желудочка и межжелудочковой перего-
родки. Фиксация материала осуществлялась в забу-ференном растворе параформальдегида., постфиксация в осмиевой кислоте, после ступенчатой деградации в спиртах возрастающей концентрации и окиси пропилена, образцы заливали в Аралдит. Ультратонкие срезы контрастировали уранилацета-том и цитратом свинца. Ультрамикроскопия осуществлялась на электронных микроскопах JEM-100c-x и Phillips SM-100 при ускоряющем напряжении 60-80кв.
Результаты и их обсуждение У пациентов с начальной стадией недостаточности кровообращения отмечались следующие изменения . КМЦ были умеренно гипертрофированы, отмечался отек ин-терстиция миокарда.(Рис.1). В околоядерной зоне накапливались мелкие малоизмененные митохондрии с плотным матриксом, а также встречались лизосомоподобные образования, липофусциновые гранулы, мелкие вакуоли, миелиноподобные тельца. (Рис. 2).
Ядерный хроматин часто был конденсирован. Выявлялся локальный лизис миофибрилл, особенно в области вставочных дисков . Указанные изменения можно было наблюдать в 30% КМЦ больных 1 -й группы.
У больных ДКМП 2-й группы с выраженной недостаточностью кровообращения субклеточные изменения КМЦ прогрессировали. В большинстве КМЦ ( 60%) отмечались гигантские скопления деструктивных митохондрий, тесно прилежащих друг к другу ( Рис. 3.). Их кристы были еле различимыми, матрикс просветлен, форма изменена. Эти скопления занимали большую часть КМЦ, практически не оставляя места для сократительных орга-нелл - миофибрилл. В КМЦ, где количество мио-фибрилл еще сохранялось близким к обычному, выявлялись множественные немалиновые тельца в измененных миофибриллах (Рис.4.). Признаки лизиса миофибрилл отмечались повсеместно в КМЦ больных 2-й группы.
Кроме этого, в КМЦ появлялись множественные вакуоли, содержащие остатки органелл и крошковидный материал, в саркоплазме встречались белковые конгломераты , липофусциновые включения (Рис.5). На периферии КМЦ имелись локусы лизиса сарколеммы, а также дезорганизации органелл с превращением в крошковидный материал. Встречались КМЦ с распадом ядерной мембраны, лизисом ядерного содержимого.. А также КМЦ в развернутой фазе апоптоза , апоптотические КМЦ контактировали с практически интактными клетками.
Полученные результаты , в первую очередь, наводят на мысль, что к прогрессированию ДКМП приводит именно накопление большого числа дефектных митохондрий в КМЦ, которые являются продуцентами активных форм кислорода, что провоцирует усиление окислительного стресса в КМЦ [2 ]. На полученных нами электронных микрофотографиях видны разительные отличия в состоянии митохондрий КМЦ пациентов 1-й и 2-й группы (Рис.2 и 3) У больных 1-й группы отмечаются
начальные изменения митохондрий, они измельчены, но матрикс их плотный, кристы сохранны (Рис.2). Однако по мере прогрессирования болезни, у больных 2-й группы отмечается значительное накопление деструктивных митохондрий в КМЦ с оттеснением миофибрилл на периферию, количество которых падает, но и там, где миофибриллы существуют в обычных количествах, появляются свидетельства их нарушений - лизис и множественные немалиновые тельца (Рис.4). Роль немалиновых телец не выяснена окончательно, но их появление говорит об изменении правильного соотношения изотропных и анизотропных дисков саркомеров и 2-дисков, что , по-видимому, ведет к нарушению сократительной функции КМЦ. Описано накопление немалиновых тел в соматических мышцах при наследственных миопатиях [ 3 ].
Вопрос, почему накапливаются дефектные ор-ганеллы в КМЦ? Это, по мнению ряда авторов связано с угнетением процессов аутофагии, в частности, митофагии, которые и призваны к осуществлению утилизации «старых» органелл, «разборке» их на фрагменты, а затем к использованию их для производства новых структур или выведению за пределы клеток. Эти процессы являются главными механизмами поддержания клеточного гомеостаза вместе с убиквитин-протеасомной системой. [ 4 ]
В экспериментах показано, что генетические вмешательства в организм экспериментальных животных, снижающие уровень аутофагии и митофа-гии (селективной аутофагии) , приводят к спонтанному возникновению дегенеративных изменений в сердечно-сосудистой системе , связанных с оксида-тивным стрессом и его последствиями. [ 5, 6 ]
Описаны гены, контролирующие уровень аутофагии, в частности, митофагии. В то же время известно, что отсутствие белка р53, контролирующего апоптоз, приводит к продлению жизни клеток и организмов и ограничивает наступление изменений в КМЦ [ 7]. В эукариотических клетках аутофа-гия вместе с убиквитин-протеасомной системой являются главными механизмами поддержания клеточного гомеостаза. В клетках с дефицитом аутофагии митохондриальная дисфункция приводит к накоплению активных форм кислорода, окси-дативному стрессу, повреждениям мембран, ДНК, белка, органелл, поэтому механизмы,регулирую-щие функцию и количество митохондрий, необходимы для функционирования эукариотической клетки [8]. Существуют данные о причастности аутофагии к возникновению онкологических, нейродегенеративных , сердечно-сосудистых заболеваний, старению органов и организма [ 9] .
Заключение: Полученные результаты свидетельствуют о том, что прогрессирование ДКМП происходит в результате накопления в КМЦ дефектных органелл, в частности, митохондрий и другого биологического «мусора», что приводит к усилению оксидативного стресса, нарушению функции КМЦ. Это свидетельствует о катаболиче-ской недостаточности КМЦ, по-видимому, при низком уровне аутофагии и экзоцитоза. Такой механизм прогрессирования болезни может быть связан
с существованием изначально генетических нарушений у больных кардиомиопатиями, которые снижают уровень процессов аутофагии и митофагии,а
также экзоцитоза, и способствуют быстрому про-грессированию сердечной недостаточности.
Рис. 1.Общий вид миокарда пациента с ДКМП 1-й группы. КМЦумеренно гипертрофированы, интерстиций отечен, в КМЦ отмечаются небольшие скопления митохондрий, липофусцина, имеются
локусы лизиса миофибрилл. Ув.х2500.
Рис.2. Скопления мелких малоизмененных митохондрий в КМЦ пациента из 1-й группы, видны включения липофусцина, лизосомоподобные образования. Ув.х 12000..
Рис. 3. Скопления резко измененных митохондрий в КМЦ больного ДКМП из 2-й группы. В большинстве митохондрий кристы гомогенизированы, есть митохондрии с просветленным матриксом, а также резко осмиофильные Митохондрии плотно упакованы друг с другом, форма их изменена. Ув. 14000.
Рис.4. Множественные немалиновые тельца в КМЦ больного из 2-й группы. Ув.х 12000.
Рис.5 Скопление биологического «мусора» в КМЦ пациента из 2-й группы. Видны множественные вакуоли, заполненные остатками органелл КМЦ. Ув.х16000
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Мухарлямов Н.М. Кардиомиопатии/ Н.М.Мухарлямов.-М.: Медицина, 1990, 236 с.
2. Скулачев В.П.Явления запрограммированной смерти. Митохондрии, клетки и органы .Роль активных форм кислорода/ В.П.Скулачев// Соро-совский образовательный журнал.-2001,-т.7,-№6,-с.4-10.
3. de Wionter J.M, Ottenheim C.A.C/ Sarcomere disfunction in nemaline myopathy. J Neuromuscul Dis, 2017, vol.4,pp.99-113.
4. Kassiotis Ch., Ballal K., Wellnitz K et al. Markers of autophagy are downregulated in failing after mechanical unloading. Circulation, 2009, vol.120, suppl.1, pp.s191-s197.
5. Taneiki M., Yamaguchi O., Nakai A. et al. Inhibition of autophagy in the heart induced age-related cardiomyopathy. Autophagy, 2010, vol.6, pp.600-606.
6. Bruno-San Pedro J.M., Kroemer G, Gallazzi L. Autophagy and mitophagy in cardiovascular disease. Circ Res, 2017, vol120, pp 1812-1824.
7. Dorn G.W. Mitochondrial pruning by Ni[ and BNip3: an essential function for cardiac -expressed death factors. J Cardiovasc Transl Res, 2010, vol.3, pp.374-383.
8. Noda N.N., Inagaki F.Mechanisms of autophagy. Ann Rev Biopys, 2015, vol.44, pp.191-122.
9. Mirushima N., Levine B.,Cuero B., Klionsky D. Autophagy fights disease through cellular self-digestion. Nature, 2008, vol.451, pp.1069-1075.
THE SOIL AND HEALTH: CHALLENGES REMAIN
Shcherbo A.
Doctoral degree, Professor, corresponding member of RAS, Deputy Director General of PMI Corporation Medical center scientific work, St. Petersburg
ПОЧВА И ЗДОРОВЬЕ: ПРОБЛЕМЫ ОСТАЮТСЯ
Щербо А.П.
доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, заместитель Генерального директора Медицинского центра Корпорации PMI по научной работе, Санкт-Петербург
Abstract
The article concerns the author's deficiency of research in the field of hygiene of soil, the necessity and ways of further integration of research hygienists with the basic directions of researches of specialists of soil science
