Научная статья на тему 'ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ МИОКАРДА И АДАПТАЦИЯ СЕРДЦА К ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ'

ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ МИОКАРДА И АДАПТАЦИЯ СЕРДЦА К ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
259
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Человек. Спорт. Медицина
Scopus
ВАК
ESCI
Ключевые слова
ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ (МАСТОЦИТЫ) / МИОКАРД / КАРДИОМИОЦИТЫ / ГИПЕРТРОФИЯ / СТРЕСС / ФИЗИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА / МЕЛЬДОНИЙ

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Арташян Ольга Сергеевна, Храмцова Юлия Сергеевна, Тюменцева Наталья Валерьевна, Юшков Борис Германович, Черешнев Валерий Александрович

Цель: изучить основные морфометрические показатели кардиомиоцитов, микроциркуляторного русла и тучных клеток сердца крыс при физической нагрузкe на фоне нормального и измененного метаболизма кардиомиоцитов. Материалы и методы. Крыс подвергали физической нагрузке, которая заключалась в ежедневном плавании с грузом 20 % от массы тела, 5 циклов по 1 минуте нагрузка/отдых, на протяжении 4 недель. Для изменения метаболизма кардиомиоцитов использовали вещество мельдоний. На гистологических препаратах производили оценку состояния сердца по показателям: количество кардиомиоцитов на 1 мм2, диаметр кардиомиоцитов, количество ядер кардиомиоцитов, количество кровеносных сосудов на 1 мм2, площадь кровеносных сосудов в мм2; количество тучных клеток на 1 мм2; оценивали синтетическую и дегрануляционную активность тучных клеток. Результаты. Установлено, что у крыс при ежедневном плавании гипертрофия кардиомиоцитов и возрастание числа кровеносных сосудов развиваются параллельно увеличению числа и функциональной активности тучных клеток в миокарде. Под влиянием вещества мельдоний, смещающего энергетический обмен кардиомиоцитов в сторону окисления глюкозы, отмечается ослабление гипертрофии последних и отсутствует реакция тучных клеток. Заключение. Выявленные результаты указывают на возможную связь физиологической гипертрофии миокарда с состоянием иммунной системы и зависимость чувствительности кардиомиоцитов к медиаторам тучных клеток от метаболических процессов в них.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Арташян Ольга Сергеевна, Храмцова Юлия Сергеевна, Тюменцева Наталья Валерьевна, Юшков Борис Германович, Черешнев Валерий Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CARDIAC MAST CELLS AND ADAPTATION OF THE HEART TO PHYSICAL ACTIVITY

Aim: The paper aims to study the morphometric indicators of cardiomyocytes, microvasculature and cardiac mast cells in the rat heart under exercise with normal and altered cardiomyocyte metabolism. Materials and methods. Rats were subjected to physical activity, which consisted of daily swimming sessions with a load of 20% of body weight (5 cycles, 1-minute swimming session/rest, 4 weeks). Meldonium was used to alter cardiomyocyte metabolism. Histological preparations of the heart were evaluated by the following indicators: the number of cardiomyocytes per mm2, the diameter of cardiomyocytes, the number of nuclei in cardiomyocytes, the number of blood vessels per mm2, the area of blood vessels per mm2; the number of mast cells per mm2. The synthetic and degranulation activity of mast cells was also evaluated. Results. As a result of daily swimming, hypertrophy of cardiomyocytes and an increase in the number of blood vessels develop simultaneously with an increase in the number of mast cells and their functional activity. Suppression of cardiomyocyte hypertrophy and mast cell response under the effect of meldonium, which induces a shift towards glucose oxidation, was recorded. Conclusion. The results obtained indicate a possible relationship between physiological myocardial hypertrophy and the immune system. Moreover, there is a dependence between the sensitivity of cardiomyocytes to mast cell mediators and metabolic processes.

Текст научной работы на тему «ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ МИОКАРДА И АДАПТАЦИЯ СЕРДЦА К ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ»

УДК 612.017.2

DOI: 10.14529/118111210204

ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ МИОКАРДА И АДАПТАЦИЯ СЕРДЦА К ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ

12 12 1 12 12 О.С. Арташян1'2, Ю.С. Храмцова1'2, Н.В. Тюменцева, Б.Г. Юшков''2, В.А. Черешнев1'2

Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург, Россия;

2Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия.

Цель: изучить основные морфометрические показатели кардиомиоцитов, микроцир-куляторного русла и тучных клеток сердца крыс при физической нагрузке на фоне нормального и измененного метаболизма кардиомиоцитов. Материалы и методы. Крыс подвергали физической нагрузке, которая заключалась в ежедневном плавании с грузом 20 % от массы тела, 5 циклов по 1 минуте нагрузка/отдых, на протяжении 4 недель. Для изменения метаболизма кардиомиоцитов использовали вещество мельдоний. На гистологических препаратах производили оценку состояния сердца по показателям: количество кардиомиоцитов на 1 мм2, диаметр кардиомиоцитов, количество ядер кардиомиоцитов, количество кровеносных сосудов на 1 мм2, площадь кровеносных сосудов в мм2; количество тучных клеток на 1 мм2; оценивали синтетическую и дегрануляционную активность тучных клеток. Результаты. Установлено, что у крыс при ежедневном плавании гипертрофия кардиомиоцитов и возрастание числа кровеносных сосудов развиваются параллельно увеличению числа и функциональной активности тучных клеток в миокарде. Под влиянием вещества мельдоний, смещающего энергетический обмен кардиомиоцитов в сторону окисления глюкозы, отмечается ослабление гипертрофии последних и отсутствует реакция тучных клеток. Заключение. Выявленные результаты указывают на возможную связь физиологической гипертрофии миокарда с состоянием иммунной системы и зависимость чувствительности кардиомиоцитов к медиаторам тучных клеток от метаболических процессов в них.

Ключевые слова: тучные клетки (мастоциты), миокард, кардиомиоциты, гипертрофия, стресс, физическая нагрузка, мельдоний.

Введение. В последние годы сформировалось четкое представление об иммунной системе как элементе единой нейроиммуно-эндокринной системы и внимание исследователей все больше привлекает ее роль в регуляции физиологических функций. Особый интерес представляют тучные клетки - многоликие фигуры естественного иммунитета, определяющие значительно больше процессов в тканях, нежели просто генерирование воспаления и расширение сосудов в ^Б-зависимых реакциях на антиген.

Физиологическая гипертрофия миокарда появляется, когда сердце испытывает большие периодические нагрузки, сменяющиеся паузами. Такой вид увеличения сердца часто встречается у спортсменов, когда интенсивные тренировки сменяются отдыхом. Вместе с ростом волокон мышц растут нервы, капилляры, поэтому кровоснабжение, нервная трофика остаются нормальными. Такой вид гипертрофии означает сбалансированный рост тканей, который позволяет сердцу эффективно

работать в условиях повышенной нагрузки. Вместе с тем возникает вопрос о координации роста мышечных клеток, сосудов и нервов. На роль такого координатора могут претендовать тучные клетки. В миокарде они составляют 4-9 % от общего количества немышечных клеток [1]. Тучные клетки локализуются в периваскулярной ткани, адвентиции сосудов, выявляются также в коронарной атероме. Они являются высоко гетерогенными иммунными клетками, обладающими созвездием поверхностных рецепторов и продуцирующими широкий спектр воспалительных и им-муномодулирующих медиаторов. Эти особенности позволяют клеткам действовать как часовые в опасных ситуациях, а также реагировать на метаболические изменения в их микроокружении [6]. Сердечные тучные клетки хранят и секретируют целый ряд медиаторов, которые могут определять множественные эффекты в гомеостатическом контроле кардиометаболических функций [4].

Кардиомиоциты способны адаптировать-

ся к доступным ресурсам и вырабатывать энергию путем окисления глюкозы, жирных кислот, лактата и кетоновых тел. Соотношение между путями получения энергии меняется при действии на организм экстремальных факторов и при патологии [2].

Цель работы: изучить основные морфо-метрические показатели кардиомиоцитов, микроциркуляторного русла и тучных клеток сердца крыс при физической нагрузке на фоне нормального и измененного метаболизма кар-диомиоцитов.

Материалы и методы. Исследование проводили на половозрелых крысах самцах линии Вистар массой 125-270 г. Условия содержания и обращение с используемыми в эксперименте животными соответствовали Директиве Европейского парламента и Совета от 22 сентября 2010 г. «О защите животных, которых используют для научных целей» (2010/63/Еи). На проведение данного экспериментального исследования получено разрешение локального этического комитета ИИФ УрО РАН (протокол № 10 от 03.06.2016).

Животных подвергали физической нагрузке, которая заключалась в ежедневном плавании с грузом 20 % от массы тела, 5 циклов по 1 минуте нагрузка/отдых, на протяжении 4 недель.

Для изменения метаболизма кардиомио-цитов использовали вещество мельдоний -согласно международному союзу теоретической и прикладной химии (МСТПХ, англ. ШРАС) - 3-(2,2,2-триметилгидразиний) про-пионата дигигдат [3]. В условиях ишемии мельдоний способствует смещению энергетического обмена в сторону окисления глюкозы, что в условиях дефицита 02 позволяет клеткам снизить его потребление и увеличить образование энергии.

Экспериментальные животные были разделены на 2 группы: 1) крысы, подвергнутые только физической нагрузке, п = 7; 2) крысы, которым за 10 минут перед каждым воздействием вводили внутримышечно вещество мельдоний в дозе 10 мг/кг, п = 7. Контрольную группу составили интактные крысы (п = 7). Животных выводили из эксперимента через 4 недели путем передозировки эфирного наркоза.

Для гистологического исследования брали сердца, которые фиксировали в 10%-ном растворе нейтрального формалина. После стандартной гистологической проводки на автома-

те закрытого типа Shandon Excelsior (MICROM International GmbH, Германия) материал заливали в парафин с помощью станции для заливки биологических тканей парафином EG 1160 (Leica, Германия). После этого полученные парафиновые блоки нарезали на полуавтоматическом микротоме Thermo scientific Microm HM 450 (MICROM International GmbH, Германия), толщина срезов сердца составляла 4-5 мкм.

Для морфометрических исследований препараты окрашивали гематоксилин-эозином, для выявления тучных клеток - толуиди-новым синим и азуром II. С помощью светового микроскопа (Leica DFC 420, Германия) производили оценку состояния сердца с помощью программы Imagej по следующим показателям: количество кардиомиоцитов на 1 мм2, диаметр кардиомиоцитов, количество ядер кардиомиоцитов, количество кровеносных сосудов на 1 мм2, площадь кровеносных сосудов в мм2.

Подсчет тучных клеток в сердце проводили на единицу площади с пересчетом на 1 мм2. Для оценки синтетической и дегрануляцион-ной активности тучные клетки классифицировали на 4 типа. К «1» типу относили клетки с малым содержанием гранул секрета в цитоплазме, который располагался околомембран-но. Тип «2» - клетки с хорошо дифференцированной гранулярностью в цитоплазме и диффузным расположением гранул. Тип «3» -крупные клетки с плотным и диффузным расположением гранул в цитоплазме. К типу «0» относили дегранулированные клетки с признаками нарушения целостности цитоплазма-тической мембраны и выделения в окружающее тканевое пространство цитоплазматиче-ских гранул. Для определения синтетической активности вычисляли средний гистохимический коэффициент (СГХК): СГХК = (3n + 2n + + 1n + 0n) / 100, где n - соответственно число клеток типа 3, 2, 1 или 0 согласно классификации, приведенной выше, 100 - общее число подсчитанных клеток в группе. Для оценки функциональной активности по выбросу гранул тучных клеток в межклеточное пространство использовали коэффициент дегрануляции (КД, %), который рассчитывали по формуле: КД = Д/(Д+Н) х 100, где Д - число клеток с явными признаками дегрануляции, Н - число не активированных тучных клеток.

Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Statistica 8.0.

Сравнение групп выполняли с использованием критерия Манна - Уитни. Различия считали достоверными при р < 0,05.

Результаты. Полученные данные свидетельствуют, что у интактных крыс сердце характеризуется наличием кардиомиоцитов со средним диаметром 69,17 ± 7,08 мкм. Количество кровеносных сосудов, пронизывающих волокна кардиомиоцитов, составляет 2,56 ± 0,69 единицы на 1мм2 (табл. 1, рис. 1).

При анализе состояния тучных клеток ин-

тактного сердца были выявлены разнообразные типы мастоцитов, отличающиеся содержанием гранул в цитоплазме. В ткани сердца встречается относительно большое количество клеток с низким и средним содержанием гранул в цитоплазме типа «1+» и «2+». Наблюдается низкое содержание клеток, находящихся в состоянии активной дегрануля-ции типа «0». В то же время в физиологических условиях в сердце содержится достаточно низкое количество зрелых мастоцитов

Таблица1 Table 1

Основные морфологические показатели сердца крыс экспериментальных групп The main morphological indicators of the rat heart in experimental groups

Показатели сердца Heart indicators Экспериментальные группы Experimental groups

Интактные крысы Intact rats Крысы, подвергавшиеся физической нагрузке Trained rats Крысы, подвергавшиеся физической нагрузке + мельдоний Trained rats + meldonium

Площадь сосудов (мм2) Vessel area (mm2) 0,16 ± 0,07 0,05 ± 0,01 0,11 ± 0,05

Количество сосудов (ед. / 1 мм2) Number of vessels (per mm2) 2,56 ± 0,69 5,25 ± 0,63* 2,60 ± 0,98**

Количество кардиомиоцитов (кл. / 1 мм2) Number of cardiomyocytes (per mm2) 200,80 ± 11,37 211,50 ± 5,6 200,13 ± 13,23

Диаметр кардиомиоцитов (мкм) Diameter of cardiomyocytes (^m) 69,17 ± 7,08 102,00 ± 4,08* 85,05 ± 3,43***

Количество ядер кардиомиоцитов (ед. / 1 мм2) Number of nuclei (per mm2) 314,96 ± 23,23 319,00 ± 17,23 369,00 ± 24,74

Примечание: * различие с группой интактных крыс достоверно (р < 0,05), ** различие с группой крыс, подвергавшихся физической нагрузке, достоверно (р < 0,05).

Note: * differences are significant in relation to intact rats (р < 0.05), **differences are significant in relation to trained rats (р < 0.05).

Рис. 1. Кардиомиоциты крыс, окраска гематоксилин-эозин, увеличение х400: а - кардиомиоциты интактных крыс, b - кардиомиоциты крыс, подвергавшихся

физической нагрузке Fig. 1. Cardiomyocytes of rats, hematoxylin and eosin staining, x400: а - cardiomyocytes of intact rats, b - cardiomyocytes of trained rats

с высоким содержанием гранул в цитоплазме типа «3+», что свидетельствует о том, что тучные клетки сердца находятся в состоянии относительной активности (табл. 2, рис. 2).

У крыс, подвергавшихся плаванию на протяжении 4 недель, развивается отчетливо выраженная физиологическая гипертрофия: количество кардиомиоцитов и ядер на единицу площади достоверно не изменяется, но существенно выражена функциональная гипертрофия волокон. Наблюдается возрастание

числа кровеносных сосудов, образовавшихся путем неоангиогенеза в миокарде. В ходе этого процесса происходит реорганизация первичной капиллярной сети (см. табл. 1). Поддержание адекватного уровня кровотока является непременным условием восполнения структурно-функциональных повреждений клеток при гипоксии и ишемии. Главными участниками стимуляции ангиогенеза выступают факторы роста сосудов, поступающие в ишемизированную сердечную ткань. Они

Таблица 2 Table 2

Характеристика тучных клеток сердца крыс экспериментальных групп Mast cells of the rat heart

Показатели тучных клеток Indicators of mast cells Экспериментальные группы Experimental groups

Интактные крысы Intact rats Крысы, подвергавшиеся физической нагрузке Trained rats Крысы, подвергавшиеся физической нагрузке + мельдоний Trained rats + meldonium

Количество клеток «3+» (кл. / 1 мм2) Number of cells «3+» (per mm2) 0,76 ± 0,08 0,97 ± 0,21 0,80 ± 0,14

Количество клеток «2+» (кл. / 1 мм2) Number of cells «2+» (per mm2) 1,32 ± 0,11 2,61 ± 0,06* 1,80 ± 0,37**

Количество клеток «1+» (кл. / 1 мм2) Number of cells «1+» (per mm2) 1,40 ± 0,23 1,55 ± 0,26 1,06 ± 0,01*

Количество клеток «0» (кл. / 1 мм2) Number of cells «0» (per mm2) 0,04 ± 0,01 0,25 ± 0,07* 0,06 ± 0,01

Общее количество клеток (кл. / 1 мм2) Total number of cells (per mm2) 3,52 ± 0,18 5,38 ± 0,14* 3,72 ± 0,21**

СГХК Mean histochemical coefficient 1,80 ± 0,21 1,79 ± 0,05 1,91 ± 0,10

Коэффициент дегрануляции, % Degranulation coefficient, % 1,14 ± 0,13 4,65 ± 0,12* 1,61 ± 0,86**

Примечание: * различие с группой интактных крыс достоверно (р < 0,05), ** различие с группой крыс, подвергавшихся физической нагрузке, достоверно (р < 0,05).

Note: * differences are significant in relation to intact rats (р < 0.05), **differences are significant in relation to trained rats (р < 0.05).

Рис. 2. Тучные клетки сердца крыс, окраска толуидиновый синий, увеличение х400 Fig. 2. Mast cells of the rat heart, toluidine blue staining, x400

активируют локальную перфузию и защищают клетки от токсического влияния окислительного стресса.

У экспериментальных животных, подвергавшихся систематической физической нагрузке, наблюдаются как количественные, так и качественные изменения состава тучных клеток в сердце. Общее количество мастоци-тов достоверно увеличивается, происходит это за счет возрастания разных типов клеток, как активно синтезирующих, накапливающих гранулы внутри цитоплазмы, так и деграну-лирующих (см. табл. 2). Эти изменения популяции тучных клеток коррелируют с процессами активации со стороны микроциркуля-торного русла в миокарде. Тучные клетки отвечают на стресс увеличением функциональной активности, активируя ангиогенез и усиливая проницаемость сосудов. Секрети-рующие тучные клетки способны индуцировать и усиливать ангиогенез путем целого комплекса взаимосвязанных механизмов. К ним относятся: активные проангиогенные вещества, такие как фактор роста эндотелия сосудов (УЕОР), фактор роста фибробластов (РОРР), трансформирующий ростовой фактор бета (ТОРР), фактор некроза опухоли (ТОТа) и 1Ь-8; протеиназы и гепарин, гистамин, и другие [5, 7]. Все это свидетельствует о реализации компенсаторно-приспособительной реакции компонентов миокарда в виде функциональной гипертрофии кардиомиоцитов и в адаптивном усилении микроциркуляции за счет появления новых сосудов в ответ на повышенную нагрузку, связанных с регулятор-ным влиянием активированных тучных клеток.

В группе крыс, подвергавшихся плаванию и получавших мельдоний, большинство гистологических показателей не отличается от показателей крыс интактной группы, кроме небольшой гипертрофии кардиомиоцитов (табл. 1).

На фоне приема мельдония количественные и качественные изменения со стороны популяции тучных клеток выражены слабее и все показатели схожи с показателями интакт-ных животных (см. табл. 2).

На нашей экспериментальной модели с длительной периодической физической нагрузкой было продемонстрировано, что прием мельдония - вещества, которое кардинально изменяет метаболизм кардиомиоцитов -ослабляет развитие гипертрофии последних, а также рост и развитие сосудистой сети в сердце по сравнению с контрольными живот-

ными. Тучные клетки объективно реагируют на состояние кардиомиоцитов в этих условиях и не активируются в ответ на достаточно сильный стресс, вызванный повышенной физической нагрузкой, соответственно, не оказывают заметного влияния на изменение структуры сердца. Это может быть расценено неоднозначно с точки зрения адаптации сердца к повышенной нагрузке. С одной стороны, мельдоний в условиях недостатка кислорода (при высоких нагрузках у ранее нетренированного животного) помогает более рационально использовать ресурсы клеток сердца, не дает им «перегреться» и пострадать от стресса, переключая метаболические оксида-тивные пути с митохондрий на пероксисомы. С другой стороны, при данном типе метаболизма в кардиомиоцитах, в сердце в целом не происходит структурной адаптации к стрессу, в том числе нет адекватного нагрузке ответа со стороны популяции тучных клеток, и перехода всей системы на новый уровень функционирования.

Заключение. Развитие физиологической гипертрофии миокарда при периодической физической нагрузке зависит от состояния метаболизма в кардиомиоцитах и функциональной активности тучных клеток. Под влиянием вещества мельдоний, смещающего энергетический обмен кардиомиоцитов в сторону окисления глюкозы, отмечается ослабление гипертрофии последних и отсутствие активации тучных клеток сердца. Это указывает на возможную связь физиологической гипертрофии миокарда с состоянием иммунной системы и зависимость чувствительности кардиомиоцитов к медиаторам тучных клеток от метаболических процессов в них.

Работа выполнена в рамках госзадания ИИФ УрО РАН (тема № ААА-А18-118020590108-7). Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП ИИФ УрО РАН.

Литература

1. Горбунов, А.А. Соединительнотканный компонент миокарда: новый этап изучения давней проблемы / А.А. Горбунов // Мор-фологгя. - 2007. - Т. I, № 4. - С. 6-12.

2. Горбунова, А.А. Мельдоний: связь строения, структуры и свойств / А.А. Горбунова, С.Ю. Киреев, И. В. Рашевская // Вестник Пензен. гос. ун-та. Актуальные вопросы естествознания. - 2017. - № 2. - С. 92-99.

3. Государственная фармакопея Россий-

ской Федерации. - М.: Науч. центр экспертизы средств мед. применения, 2008. - 704 с.

4. Mast cells regulate myofilament calcium sensitization and heart function after myocardial infarction // A. Ngkelo, A. Richart, J.A. Kirk et al. // J Exp Med. - 2016. - Vol. 213, No. 7. -Р. 1353-1374.

5. Norrby, K. Mast cells and angiogenesis / K. Norrby // APMIS. - 2002. Vol. 110, No. 5. -Р. 355-371.

6. Physiological Roles of Mast Cells: Collegium Internationale Allergologicum Update 2019 / G. Varricchi, F.W. Rossi, M.R. Galdiero et al. // Int Arch Allergy Immunol. - 2019. -Vol. 179. - P. 247-261.

7. Vascular endothelial growth factors synthesized by human lung mast cells exert angiogenic effects / A. Detoraki, R.I. Staiano, F. Granata et al. // J Allergy Clin Immunol. -2009. - Vol. 123. - Issue 5. - P.1142-1149.

Арташян Ольга Сергеевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория иммунофизиологии и иммунофармакологии, Институт иммунологии и физиологии УрО РАН.; доцент департамента биологии и фундаментальной медицины, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. 620002, Екатеринбург, ул. Мира, д. 19. E-mail: artashyan@inbox.ru, ORCID: 0000-0002-0558-9470.

Храмцова Юлия Сергеевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория иммунофизиологии и иммунофармакологии, Институт иммунологии и физиологии УрО РАН. 620049, г. Екатеринбург ул. Первомайская, д. 106, оф. 138; доцент департамента биологии и фундаментальной медицины, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. 620002, Екатеринбург, ул. Мира, д. 19. E-mail: hramtsova15@ mail.ru, ORCID: 0000-0001-7781-772X.

Тюменцева Наталья Валерьевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория иммунофизиологии и иммунофармакологии, Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия. 620049, г. Екатеринбург ул. Первомайская, д. 106, оф. 138. E-mail: tumen80@mail.ru, ORCID: 0000-0002-2949-6607.

Юшков Борис Германович, член-корреспондент РАН, заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией иммунофизиологии и иммунофармакологии, Институт иммунологии и физиологии УрО РАН. 620049, г. Екатеринбург ул. Первомайская, д. 106, оф. 138; профессор департамента биологии и фундаментальной медицины, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. 620002, Екатеринбург, ул. Мира, д. 19. E-mail: b.yushkov@iip.uran.ru, ORCID: 0000-0001-8780-9889.

Черешнев Валерий Александрович, академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, научный руководитель Института иммунологии и физиологии УРО РАН, г. Екатеринбург. 620049, г. Екатеринбург ул. Первомайская, д. 106, оф. 138. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. 620002, Екатеринбург, ул. Мира, д. 19. E-mail: mchereshneva@mail.ru, ORCID: 0000-0003-4329-147X.

Поступила в редакцию 21 марта 2021 г.

DOI: 10.14529/hsm210204

CARDIAC MAST CELLS AND ADAPTATION OF THE HEART TO PHYSICAL ACTIVITY

O.S. Artashyan1,2, artashyan@inbox.ru, ORCID: 0000-0002-0558-9470, Yu.S. Khramtsova1,2, hramtsova15@mail.ru, ORCID: 0000-0001-7781-772X, N.V. Tyumentseva1, tumen80@mail.ru, ORCID: 0000-0002-2949-6607, B.G. Yushkov12, b.yushkov@iip.uran.ru, ORCID: 0000-0001-8780-9889, V.A. Chereshnev1,2, mchereshneva@mail.ru, ORCID: 0000-0003-4329-147X

1Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russian Federation,

2Ural Federal University named a fter the first President of Russia B.N. Yeltsin, Ekaterinburg, Russian Federation

Aim: The paper aims to study the morphometric indicators of cardiomyocytes, microvascu-lature and cardiac mast cells in the rat heart under exercise with normal and altered cardiomyo-cyte metabolism. Materials and methods. Rats were subjected to physical activity, which consisted of daily swimming sessions with a load of 20% of body weight (5 cycles, 1-minute swimming session/rest, 4 weeks). Meldonium was used to alter cardiomyocyte metabolism. Histological preparations of the heart were evaluated by the following indicators: the number of cardiomyocytes per mm2, the diameter of cardiomyocytes, the number of nuclei in cardiomyocytes, the number of blood vessels per mm2, the area of blood vessels per mm2; the number of mast cells per mm2. The synthetic and degranulation activity of mast cells was also evaluated. Results. As a result of daily swimming, hypertrophy of cardiomyocytes and an increase in the number of blood vessels develop simultaneously with an increase in the number of mast cells and their functional activity. Suppression of cardiomyocyte hypertrophy and mast cell response under the effect of meldonium, which induces a shift towards glucose oxidation, was recorded. Conclusion. The results obtained indicate a possible relationship between physiological myocar-dial hypertrophy and the immune system. Moreover, there is a dependence between the sensitivity of cardiomyocytes to mast cell mediators and metabolic processes.

Keywords: mast cells, myocardium, cardiomyocytes, hypertrophy, stress, physical activity, meldonium.

References

1. Gorbunov A.A. [The Connective Tissue Component of the Myocardium. A New Stage in the Study of an Old Problem]. Morfologiya [Morphology], 2007, vol. 1, no. 4, pp. 6-12. (in Russ.)

2. Gorbunova A.A., Kireev S.Yu., Rashevskaya I.V. [Meldonium. Connection of Structure, Structure and Properties]. Vestnik Penzenskogo gosudarstvennogo universiteta. Aktual'nye voprosy estestvo-znaniya [Bulletin of Penza State University. Actual Issues of Natural Science], 2017, no. 2, pp. 92-99. (in Russ.)

3. Gosudarstvennaya farmakopeya Rossiyskoy Federatsii [State Pharmacopoeia of the Russian Federation]. Moscow, Scientific Center for the Examination of Medical Devices Publ., 2008. 704 p.

4. Ngkelo A., Richart A., Kirk J.A. et al. Mast Cells Regulate Myofilament Calcium Sensitization and Heart Function After Myocardial Infarction. J Exp Med, 2016, vol. 213 (7), pp. 1353-1374. DOI: 10.1084/jem.20160081

5. Norrby K. Mast Cells and Angiogenesis. APMIS, 2002, vol. 110, no. 5, pp. 355-371. DOI: 10.1034/j.1600-0463.2002.100501.x

6. Varricchi G., Rossi F.W., Galdiero M.R. et al. Physiological Roles of Mast Cells: Collegium Internationale Allergologicum Update 2019. Int Arch Allergy Immunol, 2019, vol. 179, pp. 247-261. DOI: 10.1159/000500088

7. Detoraki A., Staiano R.I., Granata F. et al. Vascular Endothelial Growth Factors Synthesized by Human Lung Mast Cells Exert Angiogenic Effects. J Allergy Clin Immunol, 2009, vol. 123, no. 5, pp. 1142-1149. DOI: 10.1016/j.jaci.2009.01.044

Received 21 March 2021

ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ

Тучные клетки миокарда и адаптация сердца к физической нагрузке / О.С. Арташян, Ю.С. Храмцова, Н.В. Тюменцева и др. // Человек. Спорт. Медицина. -2021. - Т. 21, № 2. - С. 34-41. Ш1: 10.14529/Ь8ш210204

FOR CITATION

Artashyan O.S., Khramtsova Yu.S., Tyumentseva N.V., Yushkov B.G., Chereshnev V.A. Cardiac Mast Cells and Adaptation of the Heart to Physical Activity. Human. Sport. Medicine, 2021, vol. 21, no. 2, pp. 34-41. (in Russ.) DOI: 10.14529/hsm210204

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.