Закономерности кинетики роста массы сердца, комплекса (лж + мжп) и паренхимы миокарда в пренатальном и постнатальном онтогенезе крыс Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Б1ОЛОГ1Я

йО! 10.29254/2077-4214-2018-2-144-87-90

УДК 612.172 : 611.127-018

Загоруйко Ю. В., Шмулич А. В., Загоруйко Г. Е.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ КИНЕТИКИ РОСТА МАССЫ СЕРДЦА, КОМПЛЕКСА (ЛЖ + МЖП) И ПАРЕНХИМЫ МИОКАРДА В ПРЕНАТАЛЬНОМ И ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ КРЫС Харьковский национальный медицинский университет (г. Харьков)

prof.zagoruykoGE@gmail.com

«Все процессы в природе закономерно развиваются во времени» (акад. Н.М. Эмануэль, 1977 г.).

Связь публикации с плановыми научно-исследовательскими работами. Данное исследование проведено в соответствии с тематикой НИР «Мор-фофункцюнальний стан оргашв i тканин експери-ментальних тварин та людини в онтогенезi в норм1 та шд впливом зовнiшнiх i внутрiшнiх чиннишв», № государственной регистрации 0117и003181.

Вступление. Возрастная морфология органов сердечно-сосудистой системы (ССС) представителей млекопитающих и человека активно исследуется уже на протяжении более 100 лет [1-3]. В последние годы интерес к данной проблеме обусловлен ростом частоты врожденных пороков развития органов ССС, кардиомиопатий, гипертонии разного генеза, высокой смертностью населения от ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда [4,5]. Развитие органов ССС тесно коррелирует с процессами роста и старения целостного организма [6,7]. Для гистогенеза миокарда характерно единство процессов дифференциации, пролиферации и роста размеров карди-омиоцитов (КМЦ) [8]. Дифференциация приводит к образованию и накоплению в миокарде эмбрионов трех типов КМЦ: сократительных, секреторных и проводящих. Пролиферация является важнейшим фактором, определяющим увеличение количества КМЦ в эмбриональном сердце. Гипертрофия КМЦ способствует росту массы сердца в процессе онтогенеза организма. Исследование закономерностей гистогенеза органов ССС относится к актуальным фундаментальным и прикладным проблемам современной эмбриологии, гистологии и кардиологии. Кардиомиогенез активно исследуют морфологи в нашей стране и за рубежом [9-12]. Однако мало данных о кинетике роста массы сердца и его внутренних структур у крыс линии Вистар и НИСАГ [12,13]. Эти животные используются в медико-биологических экспериментах, в том числе как модель при исследовании биологических механизмов старения человека. Кинетика биологических процессов - относительно молодой раздел биологии, исследует закономерности развития во времени микро-макрообъектов от их молекулярного до организмен-ного уровня. Графики кинетических зависимостей - наиболее информативная и наглядная форма представления результатов исследований биологических процессов. Однако, вместо «кинетики» ученые-морфологи чаще имеют дело с «динамикой» биологических процессов. Между этими понятиями имеются существенные различия. Термин «динами-

ка», как правило, применяют при описании ограниченного количества результатов экспериментов, которые оформлены в виде таблиц и/или гистограмм. Именно «динамика» структурно-функциональной организации органов ССС лабораторных животных и человека, широко представлена в современных морфологических публикациях [9,14,15]. Онтогенез, включающий эмбриональное и постнатальное развитие, является проявлением фундаментальных закономерностей функционирования во времени генома клеток и происходит на всех уровнях организации исследуемых биологических объектов.

Цель работы. На основе результатов проведенных органометрических и морфометрических измерений построить графики кинетики роста массы сердца, комплекса (левый желудочек + межжелудочковая перегородка) и паренхимы миокарда крыс линии Вистар до и после рождения животных.

Объект и методы исследования. В работе использованы крысы линии Вистар: 15-16 и 20-21 суточные эмбрионы, новорожденные, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и 45-ти суточные крысята. Всего 12 возрастных групп. Выбор данного интервала онтогенеза обусловлен тем, что в этот период в миокарде крыс происходят процессы пролиферации, дифференциации и созревания КМЦ [8,12]. В каждой возрастной группе было по 5-10 особей, в основном, из одного помета. Для дальнейшей работы отбирали крыс, у которых вес не отличался от среднего значения для группы животных на 10-15 %. При работе с крысами руководствовались принципами биоэтики, изложенными в Законе Украины «Про захист тварин вщ жорсткого поводження» (№ 1759 вщ 15.12.2009 р.). После проведения наркоза у крыс удаляли сердце, которое помещали в фильтре на лед для остановки сокращений. Обрезали сосуды, камеры сердца освобождали от сгустков крови. Сердца взвешивали - тсог (мг). Удаляли правый желудочек и предсердия. Определяли массу комплекса (межжелудочковая перегородка + левый желудочек) - т(лж + мжп) в мг. Из кусочков комплексов (лж + мжп) крыс разного возраста готовили срезы. При микроскопии (ув.1000х) срезов, с помощью окулярной сетки (^ = 225), определяли объемную долю паренхимы миокарда V« пар (%). Вычисляли средние значения показателей тсог, т(лж + мжп) и V« пар для каждой возрастной группы крысят. Результаты органометрии обрабатывали методами статистики. Погрешность средних значений для V« пар составила (± 0,30 %).

Результаты исследований и их обсуждение. Беспорядочные сокращения сердца начинаются у эмбрионов крыс на 9-10 сутки, а ритмичные, которые обеспечивают полноценную циркуляцию крови в

Рис. 1. Кинетика роста массы сердца (график 1), комплекса (лж+мжп) (график 2), паренхимы миокарда в комплексе (график 3) в процессе пренатального 1 и постнатального 2 развития крыс. По оси абсцисс - сутки развития. Вертикальная штриховая линия - время рождения крысят.

Рис. 2. Кинетика убыли цифровых значений величины соотношения тсог/т(лж + мжп). Остальные обозначения те же, что на рис. 1.

теле эмбриона - с 11-12 суток [8]. Доминирующая роль в сокращении сердца принадлежит его мышечной оболочке - миокарду. Поэтому наибольший интерес для морфологов представляют исследования закономерностей возрастных изменений миокарда комплекса (лж + мжп). На рис. 1 приведен график 1 кинетики роста масса сердца тсокрысят до и после рождения. Эмпирическая кривая 1 имеет вид вытянутой буквы «5». За 45 суток постнатального развития крысят масса сердца возросла в 12 раз, от 30 ± 5 мг до 360 ± 20 мг. Первое увеличение массы сердца в 2 раза от 30 до 60 ± 5 мг произошло в интервале времени (1-5) суток. Второе увеличение массы сердца в 2 раза от 60 до 116 ± 10 мг произошло в интервале времени (5-10) суток. Третье увеличение массы сердца в 2 раза от 116 до 230 ± 20 мг про-

Рис. 3. Кинетика изменения относительного объема паренхимы миокарда в комплексе (лж + мжп) крысят разного возраста. По оси ординат -значения № пар (%). Остальные обозначения те же, что и на рис.1.

изошло в интервале времени (10-20) суток. Четвертое увеличение массы сердца в 2 раза от 230 до 450 ± 20 мг произошло в интервале времени (20-60) суток после рождения крысят. Экстраполяция левой ветви графика

1 за пределы новорожденности позволила теоретически определить массу сердца у 15 -16 и 20-21 суточных эмбрионов. Масса сердца оказалась равной соответственно (10-13) мг и (23-25) мг. На рис. 1 приведен график

2 кинетики роста массы комплекса т(лж + мжп)=^). Эмпирическая кривая 2 также имеет вид вытянутой буквы «5». За 45 суток постнатального развития крысят абсолютная масса комплекса (лж+мжп) монотонно возросла в 24 раза от 11,5 ± 2 мг (новорожденные) до 279,4 ± 25 мг, а относительная масса увеличилась в 2 раза, от 38,5% до 77,6 %. Наиболее интенсивный рост массы (лж+мжп) происходит в течение первых 20 суток после рождения крысят, от 11,5 мг до 135,3 ±15 мг (почти в 12 раз). Затем скорость роста массы (лж+мжп) уменьшается. В интервале (20-45) суток цифровые значения т(лж+мжп) возросли всего в 2 раза, от 135,3 до 279,4 ± 20 мг. На основе результатов определения массы сердца (тсог) и комплекса т(лж+мжп) крыс разного возраста, нами были произведены расчеты цифровых значений отношения тсог/т(лж+мжп). Полученные данные представлены на рис. 2. График имеет вид вогнутой кривой. Цифровые значения этого показателя монотонно убывают от 2,6

и асимптотически приближаются к величине 1,30 (45-ти суточные крысята). Полученные данные свидетельствуют о том, что в сердце крысят после рождения интенсивно развивается комплекс (лж+мжп) и увеличивается его масса. Комплекс (лж+мжп) состоит из трех оболочек: эндокарда, миокарда и эпикарда. Суммарная объемная доля эпикарда и эндокарда в норме не превышает 2-3% объема комплекса (лж+мжп). Следовательно, постнатальный рост комплекса (лж+мжп) обусловлен увеличением массы его мышечной оболочки - миокарда. В миокарде выделяют паренхиму (множество КМЦ) и строму (микроциркуляторное русло + соединительная и нервная ткани). Суммарный относительный объем паренхимы и стромы в миокарде равен 100%. Следовательно, увеличение объемной доли паренхимы (14) одновременно сопровождается уменьшением объемной доли стромы (ф) и, наоборот. На рис. 3 приведен график кинетики изменения объемной доли паренхимы V« пар (%) в миокарде эмбрионов и новорожденных крысят. Левая нисходящая ветвь графика свидетельствует об уменьшении V« пар от 81,5 % (эмбрионы) до 77,0 % (новорожденные). Минимальное значение показателя V« пар равное 70,0 % наблюдается в миокарде 10-ти суточных крысят. Уменьшение значений V« пар сопровождается одновременным увеличением относительного объема стро-мы в миокарде от 19,5 % (15-ти суточные эмбрионы) до 30,0 % (10-ти суточные крысята). Представленные данные свидетельствуют о

том, что в миокарде комплекса (лж+мжп) эмбрионов и новорожденных крысят происходят активные процессы биосинтеза и увеличение содержания структурных элементов стромы. Рост содержания компонентов стромы в миокарде крысят после рождения описан в работах [9,16]. Правая восходящая ветвь графика 3 характеризует монотонный рост цифровых значений V« пар в в интервале времени te(10-45) суток. В продолжение этого времени значения Vv пар увеличиваются от 70,0 % (10-е сутки) и асимптотически приближаются к 80,0 % (45-е сутки). Морфометрические показатели т(лж+мжп) и V« пар нами использованы для определения кинетики роста абсолютной массы паренхимы миокарда тпар=в комплексе (лж+мжп) у крысят разного возраста. Расчеты проводили по формуле: т пар = т (лж+мжп) х V« пар. На рис. 1 представлен график 3 кинетики роста абсолютной массы паренхимы миокарда в комплексе (лж+мжп) крысят разного возраста. За 45 суток после рождения крысят масса паренхимы в комплексе (лж + мжп) монотонно возросла в 25 раз, от 8,9 ± 2 мг до 223,5 ± 20 мг. Первое увеличение массы паренхимы в 2 раза от 8,9 до 19,6 ± 2 мг произошло в интервале времени (1-5) суток.

Второе увеличение массы паренхимы в 2 раза от 19,6 до 40,5 ± 3 мг произошло в интервале времени (5-10) суток. Третье увеличение массы паренхимы в 2 раза от 40,5 до 100 ± 20 мг произошло в интервале времени (10-20) суток. Четвертое увеличение массы паренхимы в 2 раза от 100 до 223,5 ± 20 мг произошло в интервале времени (20-45) суток. Несмотря на то, что в течение первых 10 суток после рождения в миокарде комплекса (лж+мжп) наблюдается существенное уменьшение значений V« пар (ф), а затем ее увеличение (^), абсолютная масса паренхимы т пар в миокарде комплекса (лж+мжп) монотонно возрастает на протяжении 45 суток постнатальной жизни животных.

Выводы. Проведенные органометрические и морфометрические исследования свидетельствуют о том, что в ранние сроки постнатальной жизни крысят Вистар наблюдается непрерывный монотонный рост массы сердца, комплекса (лж+мжп) и его паренхимы.

Перспективы дальнейших исследований. Будет проведен комплекс морфометрических исследований кинетики роста размеров и числа КМЦ в паренхиме миокарда сердца крыс линии Вистар разного возраста.

Литература

1. Gavrish AS. Stroyeniye serdechno-sosudistoy i limfaticheskoy sistemy. V kn. Rukovodstvo po kardiologii. K.: MORION; 2008. 1424 s. [in Russian].

2. Zhedenov VN. Legkiye i serdtse zhivotnykh i cheloveka. M.: Sovetskaya nauka; 1954. 206 s. [in Russian].

3. Puzik VI, Kharkov AA. Vozrastnaya morfologiya serdechno-sosudistoy sistemy cheloveka. M.: Medgiz; 1948. 210 s. [in Russian].

4. Roytberg GI. Vnutrenniye bolezni. Serdechno-sosudistaya sistema. M.: Binom-press; 2007. 856 s. [in Russian].

5. Antonyuk OP, Hnateyko OZ, Prokochuk NM. Suchasnyy stan pryrodzhenykh vad rozvytku lyudyny. Visnyk probl. biol. i medytsyny. 2016; 3(130):12-9. [in Ukrainian].

6. Frolkis VV, Muradyan HK. Eksperimentalnyye puti prodleniya zhizni. L.: Nauka; 1988. 248 s. [in Russian].

7. Frolkis VV. Stareniye serdtsa. Kardiologiya. 1991;1:8-10. [in Russian].

8. Rumyantsev PP. Kardiomiotsity v protsessakh reproduktsii, differentsirovki i regeneratsii. L.: Nauka; 1982. 288 s. [in Russian].

9. Kozlov VA, Tverdokhleb IV, Shponka IS, Mishalov VD. Morfologiya razvivayushchegosya serdtsa. Struktura, ultrastruktura, metabolizm. Dnepropetrovsk: DMA; 1995. 220 s. [in Russian].

10. Leu M, Ehler E, Perriard JC. Characterisation of postnatal growth of the murine heart. Brain structure and Function. 2001;204:217-24.

11. Prothero J. Heart weight as function of body weight in mammals. Growth. 1979;43:139-50.

12. Zagoruyko GYe, Zagoruyko YuV. Morfometricheskiy analiz prenatalnogo i postnatalnogo sozrevaniya kardiomiotsitov krys. Visnik probl. biol. i med. 2017;2(136):290-3. [in Russian].

13. Suslonova OV, Roshchevskaya IM, Rasputina AA. Morfometriya serdtsa zheludochkov krys linii NISAG v period rannego postnatalnogo raz-vitiya. Izvestiya Komi nauchnogo tsentra UrO RAN. 2016;1(25):44-50. [in Russian].

14. Gnatyuk MS, Tatarchuk LV, Prishlyak AM. Vikovi osoblivosti zmin yaderno-tsitoplazmatichnikh vidnoshen v kardiomiotsitakh sertsya doslidnikh tvarin. Tavrich. mediko-biol. vestnik. 2010;13(4):29-32. [in Ukrainian].

15. Nepomnyashchikh LM, Lushnikova YeL, Nepomnyashchikh GI. Morfometriya i stereologiya gipertrofii serdtsa Novosibirsk: Nauka. 1986. 304 s. [in Russian].

16. Zagoruyko GYe. Ranneye postnatal'noye razvitiye stromy miokarda krys. Arkhiv anatomii, gistologii i embriologii. 1989;97(11):5-8. [in Russian].

ЗАКОНОМ1РНОСТ1 К1НЕТИКИ ЗРОСТАННЯ МАСИ СЕРЦЯ, КОМПЛЕКСА (ЛШ + МШП) I ПАРЕНХ1МИ М1ОКАРДА У ПРЕНАТАЛЬНОМУ I ПОСТНАТАЛЬНОМУ ОНТОГЕНЕЗ1 ЩУР1В Загоруйко Ю. В., Шм^ч О. В., Загоруйко Г. €.

Резюме. Проведено органометричне дослщження зростання маси серця, комплекса ^вий шлуночок + мiжшлуночкова перетинка) i паренхiми мюкарда ЛШ до та в ранш термши тсля народження щурiв лшп Bicrap. Встановлено, що на протязi 45 дiб постнатального життя щурят маса серця збтьшуеться в 12 paзiв, вщ 30 ± 5 мг до 360 ± 20 мг, маса (лж+мжп) збтьшуеться у 24 рази вщ 11,5 ± 2 мг до 279,4 ± 25 мг i маса пapенхiми мюкарда в (лж+мжп) зростае в 25 paзiв, вщ 8,9 ± 2 мг до 223,5 ± 20 мг.

Ключовi слова: щури В^ар, онтогенез, серце, лiвий шлуночок, мiжшлуночкова перетинка , пapенхiмa мюкарда.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ КИНЕТИКИ РОСТА МАССЫ СЕРДЦА, КОМПЛЕКСА (ЛЖ + МЖП) И ПАРЕНХИМЫ МИОКАРДА В ПРЕНАТАЛЬНОМ И ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ КРЫС Загоруйко Ю. В., Шмулич А. В., Загоруйко Г. Е.

Резюме. Проведено органометрическое исследование роста массы сердца, комплекса (левый желудочек + межжелудочковая перегородка) и паренхимы миокарда до и после рождения крыс. Установлено, что за 45 суток постнатальной жизни крысят масса сердца увеличивается в 12 раз, от 30 ± 5 мг до 360 ± 20 мг, масса комплекса (лж+мжп) возрастает в 24 раза от 11,5 ± 2 мг до 279,4 ± 25 мг и масса паренхимы миокарда в комплексе (лж+мжп) возрастает в 25 раз, от 8,9 ± 2 мг до 223,5 ± 20 мг.

Ключевые слова: крысы Вистар, онтогенез, сердце, левый желудочек + межжелудочковая перегородка, паренхима миокарда.

REGULARITIES OF THE KINETICS OF GROWTH OF THE HEART MASS, LEFT VENTRICLE AND PARENCHYMA OF MYOCARD PRENATAL AND POSTNATAL ONTOGENESIS OF RATS

Zagoruyko Yu. V., Shmulich A. V., Zagoruiko G. E.

Abstract. Wistar rats were used: 15-16 and 20-21 diurnal embryos, newborns, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 day-old rats. Only 12 age groups. In each age group there were 5-10 individuals, mostly from the same litter For further work, rats with body weight not exceeding 10-15% of the mean value for a group of animals were selected. After anesthesia in the rats, the heart was removed, which was placed in a filter on the ice to stop the heartbeat. The vessels were cut off, the chambers of the heart were released from blood clots. Isolated hearts were weighed (mcor, mg). Then, the atria were removed and the mass of the left ventricular wall was determined with an interventricular septum (ml, mg). From slices of LV of rats of different age half-thin sections were prepared. With microscopy of stained sections (1000x), the volume fraction (relative volume) of myocardial parenchyma (Vvpar, %) was determined using an ocular mesh (No = 225). It is established that the growth mass of the heart mcor = f (t) of the rat before and after birth has the form of an elongated letter "S". For 45 days postnatal development of the rat, the heart mass increased 12 times, from 30 ± 5 mg to 360 ± 20 mg. The graph of the kinetics of the growth of the LV mass mlzh = f2 (t) also has the form of an elongated letter "S". For 45 days of postnatal development of rats, the absolute mass of LV increased monotonically 24 times from 11.5 ± 2 mg (newborns) to 279.4 ± 25 mg, and the relative mass of the left ventricle increased by 2 times, from 38.5% to 77.6 %. Morphometric indices mL and Wpar were used to determine the growth kinetics of the absolute mass of the myocardial parenchyma mpar = f3 (t) in the left ventricle of the rat heart of different ages. Calculations were carried out according to the formula: mpar = mt x Wpar. It was found that for 45 days of postnatal development of rats, the mass of myocardial parenchyma in the LV increased monotonically 25 times, from 8.9 ± 2 mg to 223.5 ± 20 mg. Consequently, in the early periods of ontogeny of Wistar rats, monotonous growth of the mass of the heart, left ventricle and parenchyma of the myocardium of the LV is observed.

Key words: Wistar rats, ontogeny, heart, left ventricle (LV), left ventricular parenchyma.

Рецензент - проф. ДубЫн С. I.

Стаття надшшла 10.05.2018 року

DOI 10.29254/2077-4214-2018-2-144-90-95 УДК 632.95.024:591.145:591.366 Раш^вська I. О., Корнута Н. О.

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЗЕТА-ЦИПЕРМЕТРИНУ В ПРЕ- ТА ПОСТНАТАЛЬНОМУ ПЕР1ОД1 НА Ф1ЗИЧНИЙ РОЗВИТОК ЩУРЯТ Науковий центр превентивно! токсикологи, харчовоТ та х1м1чноТ безпеки ¡меш академ1ка Л.1. Медведя МЫстерства охорони здоров'я УкраТни (м. КиТв)

rashkivskainna@gmail.com

Зв'язок публшацп з плановими науково-дослщ-ними роботами. Робота виконана в рамках НДР ДП «Науковий центр превентивно! токсикологи, харчово! та хiмiчноT безпеки iменi академта Л.1. Медведя Ми шстерства охорони здоров'я УкраТни» за темою «На-укове обгрунтування сучасних нормативних вимог до застосування пестицидiв i агрохiмiкатiв: прогно-зування вщдалених ефеклв дм (канцерогенно!, му-тагенноТ, тератогенноТ активности репродуктивно! токсичносл, хрошчних штоксикацш)»; № державно! реестраци 0108и007458.

Вступ. На сьогодшшнш день у всьому свт у час-тини дп"ей вщзначаеться порушення фiзичного роз-витку в постнатальному перюдг Серед причин цих порушень може бути вплив рiзних фiзичних, бюло-пчних та хiмiчних факторiв на систему «мати-плщ» [1-4].

Особливе занепокоення викликае вплив хiмiчних речовин, зокрема пестицидiв. Вщомо, що деяк пес-тициди можуть долати трансплацентарний бар'ер, та чинити шкщливу дш на розвиток плоду [5,6].

Фiзичний розвиток е одним з штегративних показ-нишв стану оргашзму, бюлопчно! зршосл вах його

систем. Пщ фiзичним розвитком розум^ть комплекс морфофункцюнальних властивостей оргашзму, обу-мовлений динамiчним процесом зростання. Спосте-реження за його розвитком у постнатальному перю-дi дозволяють виявити шдивщуальш особливосп. Ц1 спостереження включають дослщження зовшшньо-го вигляду, маси тша, лшшних та об'емних розмiрiв протягом втових змш при умовi оптимального за-своення поживних iнгредiентiв i сприятливих умовах навколишнього середовища [7-9].

При впливi рiзноманiтних негативних факторiв, в тому чи^ i пестицидiв, на органiзм, що розвива-еться, його фiзичний розвиток може затримуватися, що в подальшому призводить до непередбачуваних наслщшв, зокрема морфолопчних i функцiональних змiн в органiзмi [10,11].

Вплив пестицидiв, зокрема синтетичних тре-тро'^в, на фiзичний розвиток нащадкiв дослiджено недостатньо, тому це е актуальним завданням токсикологи на сучасному еташ. Головним джерелом шформаци про можливi негативш наслiдки такого впливу е результати, отримаш в експериментах на лабораторних тваринах.