CHANGES IN THE CONTRACTILE CARDIOMYOCYTES AND HEMOMICROCIRCULATORY BED IN PREGNANT RATS AND THEIR PUPS EXPOSED TO HEMIC HYPOXIA

Full Text

В современных условиях течение беременности во многом зависит от возрастающей частоты воздействия на организм беременной неблагоприятных экзогенных факторов [4, 9]. В связи с тем, что биологическое действие большинства неблагоприятных факторов реализуется в виде различных заболеваний, развивающихся в течение беременности и связанных с недостатком кислорода в тканях матери и плода, реакция системы мать-плацента-плод на гемическую гипоксию представляет особый интерес. По данным ВОЗ, частота встречаемости гемической (анемической) гипоксии у беременных в странах с различным уровнем жизни значительно возросла и колеблется от 21 до 80% [4, 8]. Считается, что причиной ге-мической гипоксии является не только дефицит железа или аномалии развития эритроцитов, но также поступление в организм беременной большого количества нитросоединений за счет их избыточного содержания в питьевой воде, продуктах питания, воздухе, а также в лекарственных препаратах [2]. Основное патогенетическое действие этих веществ связано с превращением части гемоглобина в мет-гемоглобин и образованием NO-комплексов с гемовыми структурами крови (гемоглобином) и тканей (миоглоби-ном), дыхательными ферментами и ферментами антиоксидантной системы, а также регуляторными белками, активизирующими синтез вторичных клеточных мессенджеров и т.д. [1, 2]. Не вызывает сомнения тот факт, что истоки многих хронических, инвалидизирующих или 21 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. фатальных патологических состояний у взрослых, в том числе заболеваний сердечно-сосудистой системы, берут начало в антенатальном периоде и представляют собой пролонгированную патологию плода [6, 8, 9]. Известно, что гипоксия плода приводит к нарушению вегетативной регуляции коронарных сосудов, ухудшению энергетического обмена с резким уменьшением образования макроэргических соединений в митохондриях кардиомио-цитов и клеток синусового узла [5, 10]. Однако подобные исследования не раскрывают причинно-следственную связь между гемической гипоксией матери и формированием миокардиальной дисфункции новорожденного [3, 6]. Целью данного исследования явилось изучение морфологических особенностей гемомикроциркуляторного русла миокарда у беременных и новорожденных крыс в условиях хронической гемической гипоксии. Материалы и методы Экспериментальная часть выполнена на 12 самках трехмесячных белых крыс линии Wistar массой 180-200 г. Все манипуляции на животных проведены в строгом соответствии с «Правилами проведения качественных клинических испытаний в РФ» (утв. МЗ РФ и введены в действие с 1 января 1999г.), приложением 3 к приказу МЗ СССР No 755 от 10.08.1977, положениями Хельсинской декларации (2000 г.) и рекомендациями, содержащимися в Директивах Европейского Сообщества (No 86/609ЕС). Для индукции беременности каждой самке подсаживались половозрелые беспородные крысы-самцы из расчета два самца к четырем самкам. На протяжении всей беременности и в течение 21 дня после родов (окончание периода молочного вскармливания) самкам ежедневно внут-рибрюшинно вводили нитрит натрия Na-NO2 в дозе 5 мг/100 г веса (доза, вызывающая гипоксию средней тяжести) [7]. В течение первых суток жизни сердце 16 крысят, вскармливаемых вышеуказанными самками, после проведения торако- и перикардиотомии под эфирным наркозом извлекалось и сразу же помещалось в кардиоплегический раствор (0,9% КС1 при температуре 00С), чем достигалась остановка сердца в диастолу. Для гистологических исследований образцы тканей левого желудочка сердца фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина и после соответствующей проводки заливали в парафин. Гистологические срезы изготавливались толщиной 1015 мкм, окрашивались ГОФП-методом (гематоксилин-основной фуксин-пикри-новая кислота) с целью выявления очагов острого ишемического и метаболического повреждения, а также фиброгенеза, и исследовались с помощью микроскопа Olympus CX-31 (Япония). Для электронномикроскопического исследования образцы ткани левого желудочка фиксировались в 2,5% растворе глютаральдегида с последующей фиксацией 1% раствором четы-рехокиси осмия. Ультратонкие срезы изготавливались на ультратоме УМТП-7 и контрастировались по Рейнольдсу [5]. Исследования проводились на электронном микроскопе Selmi (Украина) при ускоряющем напряжении 125 кВ. Результаты и их обсуждение По данным световой микроскопии в миокарде самок, перенесших беременность на фоне влияния хронической гемической гипоксии, повсеместно наблюдались явления нарушения гемодинамики, проявляющиеся в виде периваскулярного отека, венозного полнокровия, запустевания и спазма артериол. При этом ядра эндотелиоци-тов в спазмированных артериолах были визуально смещены к просвету сосудов, очевидно, за счет клеточного отека. В пери-васкулярном пространстве определялись тонкие прослойки соединительной ткани, а также умеренная круглоклеточная пролиферация (рис. 1А). Сосуды микроциркуляторного русла миокарда были полнокровными, нередко отмечались явления стаза эритроцитов в капиллярах, прекапиллярах и артериолах (рис. 1Б). Перикапиллярный отек различной степени выраженности выявлялся в миокарде практически всех самок. При этом в цитоплазме кардиомиоцитов, которые ло 22 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. кализовались непосредственно вблизи сосудов, отмечалось диффузное накопление фуксинофильного субстрата что подтверждалось данными ГОФП-окрашивания. Данные изменения свидетельствуют об ишемическом нитритном повреждении кардиомоцитов, что, вероятно, усугублялось снижением уровня их трофики. Кардиомиоциты самок, перенесших гипоксию в период беременности, имели выраженный полиморфизм ядер. Сарко лемма кардиомиоцитов имела нечеткие волнообразные контуры, что, по данным литературы, может явиться морфологическим субстратом для развития нарушений сердечного ритма [6]. Саркоплазма кардиомиоцитов содержала фуксинофиль-ный субстрат - индикатор ишемического повреждения, который накапливался вблизи ядер, а также в виде неравномерных тонких прослоек соединительной ткани в интерстиции (рис. 1А). Рис. 1А. Выраженный периваскулярный отек, запустевание и спазм артериол (стрелки). Окраска: ГОФП-метод. Ув. х 400 Рис. 2Б. Явления стаза эритроцитов (стрелки). Полутонкий срез. Окраска толуидиновым синим. Ув. х 1000 Изменения микроциркуляторного русла и интерстиция стенки сосудов у новорожденных крысят, также как и у самок, отличались полиморфностью. Ар-териолы встречались достаточно редко и были значительно изменены: стенки их были утолщены и гомогенизированы. Просвет таких сосудов был щелевидным, что, по-видимому, было связано с отеком эндотелиоцитов (рис. 2А). Полнокровные капилляры имели неравномерно окрашенные контуры, расстояние между капиллярами и кардиомиоцитами было значительно расширенным, что, вероятно, затрудняло транспорт субстратов и кислорода из кровеносного русла непосредственно к сократительным кардиомиоци-там. Кроме того, практически все сосуды и некоторые кардиомиоциты были окутаны тонкими волокнами незрелой рыхлой соединительной ткани, что свидетельствует о начальных стадиях фиброгенеза, формируя так называемый «порочный круг»: гипоксическое повреждение кар-диомиоцитов стимулирует фиброгенез, а фиброгенез усугубляет повреждение кар-диомиоцитов из-за нарушения трофики. В целом, кардиомиоциты новорожденных содержали диффузный фуксино-фильный субстрат и выглядели либо неравномерно гипертрофироваными, либо резко истонченными. Вблизи некоторых ядер или внутри них встречались окси-фильные включения, похожие на апопто-тические тельца. Большинство кадиомио-цитов были разобщенными, изолирован 23 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. ными друг от друга прослойками интер-стиция за счет отека, а также имели кон-трактурные изменения, что свидетельст вует о развитии дистрофических и пред-некротических изменений (рис. 2А, 2Б). Рис. 2А. Спазм артериолы, периваскулярный и интерстициальный отек. Окраска: ГОФП-метод. Ув. х400 Рис. 2Б. Контрактурные изменения и очаговая фрагментация мышечных волокон миокарда (как признак возможного нарушения ритма сердца). Полутонкий срез. Окраска толуидино-вым синим. Ув. х 1000 Согласно данным электронной микроскопии эндотелиоциты капилляров беременных крыс, перенесших гипоксию, были истончены, уровень микропиноци-тоза в них снижен. В некоторых капиллярах отмечалась извилистость люминаль-ной поверхности (рис. 3А). Просвет большинства сосудов был компенсаторно расширен, внутри некоторых капилляров наблюдался сладж эритроцитов, а также адгезия форменных элементов крови к стенке капилляров, возникающих, видимо, за счет нарушения структуры базальной мембраны. Пространство между капиллярами и сарколеммой было, как правило, расширено и заполнено преимущественно волокнистым компонентом рыхлой соединительной ткани, в котором преобладали коллагеновые волокна, реже - электроннопрозрачным аморфным веществом, идентичным плотности плазмы в просвете капилляра, с отдельно расположенными волокнистыми структурами. Стенки большинства капилляров были резко осмиофильными, по-видимому, за счет их пропитывания плазмой. Кардиомиоциты, располагающиеся вблизи подобных сосудов, характеризовались мелкоочаговым и диффузным лизисом миофибриллярных пучков, так называемым «таянием» миофибрилл. В большей степени были лизированы I-полосы, в которых располагались тонкие (актиновые) филаменты. Миофибриллы становились менее плотными, во многих саркомерах появлялись пустоты, в некоторых случаях отмечен тотальный лизис миофиламентов в пределах саркомера. Значительной деструкции подвергались саркомеры в области вставочных дисков и в околоядерной зоне (рис. 3А). При изучении электроннограмм миокарда новорожденных крысят было выявлено, что матрикс цитоплазмы эндотелиальных клеток в одном и том же капилляре у одних клеток резко просветлен, что сви 24 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. Рис. 3А. Перикапиллярное пространство расширено (стрелки). Мелкоочаговый и диффузный лизис миофибриллярных пучков (МФ). БМ - базальная мембрана. Э - эритроцит. ТЭМ. Ув. х 12000 Рис. 3Б. Электронноплотный эндотелиоцит с микропиноцитозными везикулами (ПП), ядро эндотелиоцита (Я) имеет остроконечные инвагинаты. Деструктуризация базальной мембраны (БМ). В просвете капилляра (КАП) большое количество лейкоцитов. ТЭМ. Ув. х 18000 детельствовало о набухании цитоплазмы, а у других клеток становился электронноплотным. В случаях, когда матрикс эндотелиальной клетки был просветлен, в цитоплазме визуализировались в основном единичные микропиноцитозные везикулы закрытого типа малого размера, расположенные преимущественно по свободному и базальному краям цитоплазмы. В случае же уплотнения матрикса цитоплазмы эндотелиальной клетки микропиноцитозные везикулы различного типа располагались по базальному и свободному краям цитоплазмы, а также в самой цитоплазме. Базальная мембрана капилляров выглядела расширенной, многослойной. Часто выявлялись диапедезные кровоизлияния, а также определялись несвойственные для миокарда фенестрированные капилляры, воз-никаюшие, видимо, за счет частичной деструкции эндотелиоцитов. В цитоплазме эндотелиальных клеток наблюдали многочисленные складки и бухты на люминаль-ной поверхности клеток, иногда с отрывом выступающих частей эндотелиоцитов в просвет сосуда. В эндотелиоцитах и соседних кардиомиоцитах также встречалось большое количество митохондрий с просветленным матриксом и разрушенными кристами, что свидетельствовало о развитии митохондриальной дисфункции. Таким образом, проведенный анализ морфологии кардиомиоцитов и сосудистого русла миокарда у беременных и новорожденных крыс, перенесших гемическую гипоксию, выявил сходные между собой дистрофические и деструктивные изменения, которые имели большую степень выраженности у новорожденных крысят. Выводы 1. Основные морфологические признаки гипоксического повреждения миокарда у беременных и новорожденных крыс были представлены в виде явлений смешанной дистрофии, отека и деструкции эндотелиоцитов и сократительных кардиомиоцитов, лизиса мио-фибрилл, и контрактурных изменений. 25 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. При этом вышеуказанные ишемические и гипоксические изменения были более выраженными в миокарде у новорожденных крысят. 2. Морфологические признаки нарушения гемодинамики у беременных и новорожденных крыс проявлялись в виде периваскулярного отека, капиллярного полнокровия, запустевания и спазма ар-териол. В периваскулярном пространстве определялись тонкие прослойки соединительной ткани, что, вероятно, затрудняло транспорт субстратов и кислорода из кровеносного русла к рабочим клеткам в условиях гипоксии и усугубляло ишемические и гипоксические изменения сократительного аппарата кардиомиоцитов в условиях гемической гипоксии.

References

Supplementary files