On some fundamental mechanical characteristics of myometrium

Full Text

Парадоксально, но в конце XX века в акушерстве нет чёткого и ясного представления о том, как и с помощью каких механизмов, родовое сокращение миометрия участвует в процессе трансформации матки из органа плодоношения в орган плодоизгнания. Проведённый анализ опубликованных на протяжении века гипотетических конструкций, которые, по мнению их создателей, раскрывают тайны биомеханики родовой схватки, показал, что в основе каждой гипотезы заложены представления о фундаментальных механических свойствах миометрия [ 1, 2, 4, 8, 9]. Демонстративными примерами подобного рода являются хрестоматийные гипотезы о “контракции-ретракции-дистракции” или “тройном нисходящем градиенте маточной активности”, опубликованные в последнее время гипотезы о гемодинамическом механизме раскрытия шейки матки в родах [1, 2, 4], или новейшие толкования биомеханики “гипертонических дисфункций матки” [8, 9]. Надо отметить, что большинство гипотез, исключая предложенную Г. А. Савицким [2, 4], основываются на допущении существования функциональной гетерогенности миометрия, который особенно ярко проявляется якобы в первом периоде родов. Полагают, что дно матки может сокращаться сильнее и дольше тела, а тело, в свою очередь, сильнее и дольше нижнего сегмента. Или дно и тело могут сокращаться, а нижний сегмент в этот момент расслабляться, и т.д. То есть, иными словами, функциональная гетерогенность миометрия может проявляться в том, что разные мышечные группы в слоях и отделах миометрия могут сокращаться в разных силовых и временных режимах, сокращения могут не совпадать по фазам и даже идти не только в разных режимах, но и типах.

Однако сегодня доподлинно известно, что в матке человека нет каких-либо морфофункциональных структур или образований, которые могли бы индуцировать одновременные сокращения и расслабления различных мышечных групп в слоях и отделах миометрия и /или обусловить их одновременное сокращение в разных временных и силовых режимах. Мифы о существовании некоего “водителя ритма”, тем более обладающего способностью к миграции, основаны на чистых спекуляциях. Нет подобных механизмов, способных обусловить развитие функциональной гетерогенности миометрия во время родовой схватки и в структурах, локализованных вне органа. Следовательно, остаётся возможным предполагать, что в разных слоях и отделах миометрия матки рожающей женщины могут быть локализованы клеточные ансамбли, обладающие разными свойствами, в том числе и механическими. Лауреат Нобелевской премии Hill [13] показал, что о механике сокращения мышцы в целом можно судить, изучая механику сокращения её фрагментов. Трансполируя это положение на матку рожающей женщины можно предполагать, что, изучая механические свойства изолированных полосок миометрия, одновременно иссечённых из разных слоёв и отделов миометрия одного органа, можно судить о фундаментальных механических свойствах миометрия в целом. Именно это и составило основную задачу нашего исследования. Имея существенный опыт работы с изолированными препаратами матки человека и миометрия мы, тем не менее, при выполнении этой работы стремились стандартизировать условия каждого опыта. Сразу же после удаления матки (непосредственно в операционной) из наружного и внутреннего слоёв миометрия [2, 4] дна и тела матки, а также из нижнего сегмента иссекались блоки миометрия размером около 3,0 х 0,5 см, которые помещали в тёплый (37,0°) физиологический раствор и транспортировали в лабораторию. Уже через 10-15 минут после удаления матки из иссечённых блоков готовили рабочие полоски размером около 10,0 мм х 1,0 мм². Взятые в опыт полоски помещали в рабочие камеры объёмом около 5,0 мл, через которые перфузировался теплый (37,0°) стандартный раствор Кребса с постоянной скоростью 2 мл в мин. pH раствора поддерживался в районе 7,4. Одним концом полоска крепилась к дну ванны, другим - к тензометрическому датчику напряжения, который сопряжён с устройством для изменения длины полоски. Сигнал датчика поступал на усилитель, а с него на пишущее устройство. Детали установки и её рабочие характеристики были описаны нами ранее [2, 5, 10, 11, 12]. В условиях суперфузии постоянно аэрируемого карбогеном (О₂ - 95%, СО₂ - 5%) раствора Кребса полоска без нагрузки находилась около 1,5 - 2,0 часов. Столь длительный режим предварительной отмывки, как показали наши исследования, гарантировал удаление из мышечной ткани по закону простой диффузии всех биологически активных веществ внемиометральной природы, которые могли быть абсорбированы на мышце и могли как-то влиять на её активность [2, 5, 10, 11, 12].

В опытах использовали только те полоски, в которых после длительной промывки и последующего растяжения возникала спонтанная сократительная активность. Их оказалось 80 из 112.

В остальных полосках, в которых активность не возникала, мы при последующей микроскопии обнаруживали либо некробиотические изменения в миоцитах (18), либо очень малое содержание мышечных волокон с разрывами окружающего их соединительного каркаса (14). Рабочие полоски готовились из препаратов матки, которые удалялись непосредственно после кесарева сечения (миома матки, истмико-цервикальная локализация плаценты с врастанием ворсин, гипотония матки) или по поводу ранних послеродовых кровотечений, возникающих не позднее 2-3 часов после родов. Всего использовано 17 препаратов матки.

При стандартизации опытов мы учитывали уже известные сегодня положения о том, что в первом периоде родов миометрий находится в состоянии оптимального растяжения (после экспульсии концепта окружность матки уменьшается ровно в 2 раза) и то, что в первом периоде родов миометрий сокращается в изометрическом режиме (то есть без существенного изменения его длины). Режим растяжения взятых в опыт образцов был также стандартизирован и не приводил к травматическим повреждениям его тканевых компонентов. Полоска, имевшая исходную длину без нагрузки 10,0 мм (1_о) в первый импульс растяжения увеличивала свою длину на 1,0 мм в 1 сек. (10% длины). Каждый последующий импульс дорастяжения также увеличивал абсолютную длину полоски на 1,0 мм в 1 сек. Последний импульс (10) увеличивал её относительную длину уже на 5%. Каждый последующий импульс дорастяжения производился только после того, как наступала фаза полной релаксации напряжения, вызванного предыдущим импульсом, что контролировалось графической регистрацией на ленте самописца. На рис. 1 демонстрируется запись характерной “реакции” на дозированное растяжение полоски миометрия, которая по своим силовым и временным характеристикам типична для всех взятых в опыт образцов. Реакция состоит из активного сопротивления растягивающей силе, длящегося столько, сколько действует эта сила (на записи — вертикальная линия) и второй фазы — фазы релаксации напряжения, которая на максимуме снижения напряжения фиксирует новый более высокий уровень базального тонуса полоски. При каждом последующем импульсе растяжения возрастала величина активного сопротивления полоски, продолжительность фазы релаксации и уровень базального тонуса образца. Это типичное “поведение” вязкоэластичного тела. Минимальная сила, необходимая для начала растяжения полосок, колебалась в пределах 4,2 - 5,1 Н/см² (4,6 ± 0,1 Н/см²), при последнем 10 импульсе - 38,9 - 48,4 Н/см² (39,7 ± 1,3 Н/см²). То есть при попытке растянуть сократительный элемент миометрия после достижения им длины, вдвое превышающей исходную, необходимо было приложить силу более чем в 8 раз превышающую ту, которая была приложена к образцу в начале процесса растяжения.

 

 

Рис. 1. Реакция полоски изолированного миометрия на импульс до растяжения. Во время каждого импульса до растяжения, продолжавшегося 1,0 сек, длина полоски увеличивалась на 1,0 мм. Остальные пояснения в тексте.

 

Развитие спонтанной сократительной активности в нерастянутых образцах мы не наблюдали. Растяжение полоски активировало пейсмекерный механизм, заложенный, видимо, в каждом миоците, что и активировало развитие процесса фазной изометрической активности. К такому заключению нас привело следующее. В опыты брали образцы, масса которых составляла 1/12Ч10⁴- 1/144 10⁴ массы миометрия. To-есть с учётом степени гипертрофии мышечных элементов миометрия мы вправе были оценивать полоски миометрия как “сократительную” единицу. На рис. 2 показана динамика нарастания величины напряжения сокращающегося миометрия в зависимости от степени его растяжения. Изометрический максимум напряжения у всех без исключения взятых в опыт образцов регистрировался при увеличении его длины до 21₀ На рис. 2 приведены также суммированные данные обнаруженной зависимости величины максимального изометрического напряжения от степени растяжения полоски в диапазоне от 1,5 до 2,5 1₀, основанные на анализе спонтанной механической активности 80 полосок. Дальнейшее растяжение полосок приводило к резкому снижению величины изометрического максимума. Средняя величина изометрического максимума спонтанных сокращений при 21₀, вычисленных на основе анализа 500 циклов, составила 9,8±0,2 Н/см². Для образцов из: нижнего сегмента - 9,4±0,6 Н/см²; тела матки - 9,8±0,1 Н/см²; дна матки - 9,7±0,4 Н/см². Колебания величины изометрического максимума в группах, которые отмечены в разных образцах, не превышали одного сигмального отклонения. Мы также изучили динамику величины изометрического максимума индуцированных сокращений при различной степени растяжения полосок. Так же как при спонтанной активности во всех взятых в опыт образцах максимальная величина изометрического напряжения при его возбуждении окситоцином (2410³ ME/мл), ударами электрического тока (50V, 0001А, 5 миллисекунд) или калиевой контрактуре (КСL, 124 мМ) наблюдалось при 21₀. Абсолютный изометрический максимум для фазных сокращений при 21₀ в случае их индукции окситоцином в среднем равнялся 9,7±0,4 Н/см², электрическим током - 9,8±0,2 Н/см², при калиевой контрактуре - 9,8±0,2 Н/см². Иными словами, максимально возможная для миометрия величина напряжения как спонтанного, так и индуцированного сокращения при 21₀ не превышает 10,0 Н/см², что, как минимум, в 4 раза меньше величины усилия, необходимого для дорастяжения полоски при данной степени её растяжения. В матке рожающей женщины эта величина напряжения миометрия может индуцировать величину внутриамниотического давления близкую к 80,0 мм.рт.ст.

 

 

Рис. 2. Зависимость величины напряжения фазного сокращения полоски изолированного миометрия от степени её растяжения. Верхние кривые - величина изометрического максимума сокращения при 1,51o, 2,01о, 2,51о. Внизу - график зависимости изометрического максимума от степени растяжения полосок изолированного миометрия.

 

При изучении продолжительности фаз изометрического сокращения полосок миометрия при 21₀ было обнаружено, что временные параметры сокращения и расслабления аналогичны как при спонтанной, так и при индуцированной активности. Так при определении времени сокращения (по данным анализа — 50 циклов в каждой группе) оно продолжалось для образцов из нижнего сегмента - 36,1±0,1 сек; для тела матки (наружный слой) 35,9±0,4 сек, внутренний слой - 36,1 ±0,1 сек; дна матки (наружный слой) — 35,9±1,1 сек, внутренний слой - 35,8±0,9 сек. Фазы расслабления при активности образцов из нижнего сегмента продолжались 64,4± 0,8 сек; из тела матки (внутренний слой) - 64,3±0,2 сек, наружный слой — 63,8±0,7 сек; из дна матки (внутренний слой) - 62,4±0,8 сек, наружный слой - 64,2±0,5 сек. Средняя продолжительность фазы изометрического сокращения при 21₀ для всех взятых в опыт образцов составила 36,1±0,3 сек при спонтанных и 36,4±0,7 сек при индуцированных фазных сокращениях. Ранее мы показали, что при принципиально ином типе сокращений изолированного миометрия — изотоническом, то есть при постоянной нагрузке и укорочении полоски миометрия, продолжительность фазы сокращения в среднем равнялась 36,0±0,1 сек [12]. Также нам удалось показать, что полоски миометрия, иссечённые из матки вне беременности, обладают теми же временными параметрами фазной изометрической активности при 21₀ — фаза сокращения в среднем длится 35,8±0,5 сек, фаза расслабления — 64,8±0,9 сек.

Из классической физиологии мы знаем, что фазная активность типа гладких мышц, к которым принадлежит миометрий, осуществляется по принципу “всё или ничего”, то есть мышца при одной и той же степени растяжения не может сокращаться сильнее или слабее, продолжительнее или короче, если сохраняется фазный тип активности. Иначе говоря, силовые и временные параметры фазной, в частности изометрической активности миометрия, постоянны, генетически детерминированы и являются внутренней сущностью мышцы. Следовательно, если фундаментальные механические свойства использованных нами изолированных полосок миометрия, каждая из которых по объёму составляет менее чем стотысячную часть объёма мышцы, едины для всех её отделов и слоёв, то можно утверждать, что миометрий является функционально гомогенным образованием. Для подтверждения этого положения нами была разработана уникальная схема эксперимента, в котором моделируются условия взаимодействия двух сократительных элементов миометрия, имеющие между собой прямую механическую связь [5, 7, 10, ]. Из рис. ЗА видно, что помещённые в одну рабочую камеру, то есть в условиях одинакового “гомеостаза”, две изолированные полоски миометрия при 21₀ сокращаются и расслабляются в приблизительно одинаковых временных и силовых: параметрах, но в разном индивидуальном ритме. Синхронизировать их изометрическую фазную активность удалось только после того, как концы полосок были закреплены на концах коромысла (рис. ЗБ). В этой ситуации каждое сокращение одной полоски создавало на концах другой импульс дорастяжения, который мгновенно индуцировал её сокращения по силовым и временным параметрам аналогичным активности первой полоски. То есть импульс дорастяжения является основным синхронизатором пейсмекерной деятельности сократительной системы, которая по своей физиологической сущности является рецептором растяжения [2, 5, 7, 10, 11]. Наши морфологические исследования показали, что миоциты миометрия заключены в довольно жёстком соединительнотканном каркасе, жёсткость которого повышается при увеличении степени растяжения миометрия, но при оптимальной степени растяжения в 21₀ всё же сохраняется эластичность этого каркаса [2, 5]. Для выяснения роли соединительнотканного каркаса миометрия, как ещё одного стабилизатора - гаранта сохранения его функциональной гомогенности во время фазной изометрической активности, мы разработали ещё одну схему эксперимента (рис. 4), при которой имеющие между собой прямую механическую связь полоски миометрия находились в разных, не сообщающихся между собой камерах. Прямая механическая связь полосок осуществлялась с помощью оригинального коромысла (коромысло Савицкого II), изготовленного из диэлектрика. В опыт брали полоски, иссечённые из разных слоёв и отделов миометрия. Например, составляли пары “нижний сегмент - тело матки”, “нижний сегмент - дно матки”, “тело матки — дно матки”. На рис. 5А и 5Б видны результаты взаимодействия полосок миометрия, находящихся в условиях суперфузии стандартным раствором Кребса при 21₀, как при спонтанной, так и при индуцированной фазной активности. При стимуляции каждой из “ведущих” полосок поочерёдно индуцированное сокращение другой “ведомой” полоски, как и при ранее предложенной схеме эксперимента, проявлялось в адекватности силовых и временных параметров.

 

 

Рис. 3. Сокращения 21o полосок миометрия, находящихся в одной рабочей камере. А) - полоски не имеют между собой прямой механической связи. Б) - полоски зафиксированы к концам коромысла, обеспечивающего прямую механическую связь между ними. 1,2 - номера полосок и синхронная запись их активности на одной ленте самописца, 3 - дно рабочей камеры, 4 - коромысло из диэлектрика.

 

 

Рис. 4. Схема установки для изучения механической активности двух полосок миометрия, имеющих между собой прямую механическую связь, но помещённых в разные, не связанные между собой, рабочие камеры: 1) станина установки; 2) установка для синхронного импульсного растяжения обеих полосок; 3) тензометрические датчики напряжения; 4) коромысло; 5) рабочая камера, в которой находится полоска миометрия.

 

 

Рис. 5. Результаты записи синхронной сократительной активности двух полосок миометрия, имеющих между собой прямую механическую связь, но расположенных в изолированных рабочих камерах. (Пояснения в тексте)

 

При блокировании верапамилом миогенной активности одной полоски (рис. 5В), что документировано отсутствием её реакции на воздействие окситоцином и раствором хлористого калия, мы, тем не менее, получили абсолютно адекватный по временным и силовым параметрам её ответ на силовое воздействие связанной с ней активированной полоски, находящейся в другой рабочей камере. Физическая сущность “ответа” блокированной полоски проявлялась в том, что на её концах фиксировалась та же величина изометрического напряжения, что и на концах активированной полоски и обуславливался этот ответ её эластическими свойствами. То есть, мы получили объективные доказательства роли эластичного каркаса миометрия как гаранта функциональной гомогенности его сократительных элементов, находящихся между собой в прямой механической связи и имеющих точки фиксации, обеспечивающие изометрический режим фазного сокращения. Причём подобные результаты опытов были зафиксированы при использовании всех описанных выше комбинаций полосок миометрия.

Таким образом, проведённые нами исследования основных механических свойств изолированных полосок миометрия человека, иссечённых из разных слоёв и отделов мышечной оболочки матки в конце беременности, первом периоде родов и в раннем послеродовом периоде показало следующее:

1. Все сократительные гладкомышечные элементы миометрия, независимо от их локализации, обладают пейсмекерной активностью, способной возбуждать спонтанную фазную сократительную активность.
2. Все сократительные гладкомышечные элементы миометрия при оптимальной степени растяжения, адекватной степени растяжения миометрия в первом периоде родов, демонстрируют параметры развившейся спонтанной или индуцированной активности одинаковые по величине напряжения, продолжительности фазы сокращения и фазы расслабления.
3. Все сократительные гладкомышечные элементы миометрия осуществляют фазную изометрическую активность по закону “всё или ничего” и обладают свойствами рецепторов растяжения.
4. Механорецепторные свойства гладкомышечных элементов и эластические свойства их соединительнотканного каркаса являются гарантами функциональной гомогенности сократительных элементов, имеющих между собой прямую механическую связь и точки фиксации, обеспечивающие изометрический режим фазной активности — в любой точке системы в каждый данный момент фиксируется одна и та же степень напряжения ткани. 

About the authors

G. A. Savitsky

Ott Scientific Research Institute of Obstetrics and Gynecology, Russian Academy of Medical Sciences

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, St. Petersburg

A. G. Savitsky

Ott Scientific Research Institute of Obstetrics and Gynecology, Russian Academy of Medical Sciences

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files