Введение к работе
Актуальность проблемы. Сердце с давних времен привлекает внимание исследователей. Интерес к изучению его структуры и функции в норме и при патологических состояниях на современном этапе инициируется не только бурным развитием кардиологии, но и необходимостью раскрытия механизмов формообразовательных процессов в этом сложном (как по структуре, так и по функции органе).
В литературе существует описание развития структур сердца как в фило- (В.Н. Жеденов, 1961), так и в онтогенезе (Е.В. Бакшутова, Е.А. Колногорова, 2008; А.К. Габченко, 2008; Д.А. Кошляк, 2008; А.А. Якимов, 2010 и др.). Выявлены возрастные изменения органометрических параметров сердца (В.И. Пузик, 1948; С.С. Михайлов, 1987; А.А. Курникова с соавт., 2011 и др.). В результате получена разноречивая информация, не позволившая авторам предложить единую возрастную периодизацию развития структур сердца.
Работы Д.Н. Лященко с соавт. (2006), И.М. Островского, Г.П. Дороховича (2007), О.Ю. Патюченко, П.А. Хлопонина (2007), П.И. Лобко с соавт. (2009) отражают особенности микроскопических изменений структур стенки сердца в пренатальном онтогенезе, причем описаны, в основном, качественные показатели перестройки структур сердца. Гистология возрастных изменений сердца наиболее полно изучена у экспериментальных животных (Е.Ю. Руденко с соавт., 2001; А.С.Гуляева, 2004; С.М. Ахмедова, 2006; И.А. Белозерова, 2006; Ю.В.Лискова, 2011 и др.).
В тоже время сердце большинством исследователей рассматривается как механически активный орган. В его стенке при функционировании возникают постоянно меняющиеся напряжения, которые наиболее выражены в его субэндокардиальных слоях, особенно в период систолы (В.Я. Изаков с соавт., 2000; A. Masseri, 1987; A.C. Pearson et al., 1987 и др.). По мнению данных авторов, эти напряжения, влияя на состояние микроциркуляторного русла, ухудшают условия гемодинамики, тем самым, вероятно, способствуют возникновению здесь патологических процессов. Эта зависимость подтверждается многими исследователями (Л.М. Непомнящих, 1991; Э.А. Адыширин-Заде, 1996; В.В. Куприянов, 1996; Е.Е. Гогин, 2011 и др.).
Одним из методов, позволяющих объективно оценить биомеханические свойства структур сердца, то есть напряжение в миокарде, является измерение тканевого (внутримиокардиального - ВМД) давления (А.К. Макаров, 1987; В.Ю. Лебединский с соавт., 1991), который многие исследователи, в том числе и клиницисты-кардиологи (Б.А. Константинов с соавт., 1986 и др.) используют с целью интраоперационной диагностики функционального состояния сердечной мышцы и выяснения ее резервных возможностей. Особенно широкое распространение данный метод нашел в работах по изучению физиологии левого желудочка сердца (J.M. Dieudonne, 1967; J.A. Armour, W.C. Randall, 1971 и др.), где авторы изменения ВМД рассматривают во взаимосвязи с изменением давления крови в полостях сердца. Известны работы по изучению взаимосвязи ВМД как с центральным, так и с коронарным кровотоком (Г.Л. Олейникова, 2009; C.J. Chiu, 1974; J.G. Baker, 2005; R.M. Lombardo et al., 2006 и др.).
Однако, в литературе отсутствуют работы по комплексному изучению морфологии структур сердца, во взаимосвязи с биомеханическими свойствами (В.Ю. Лебединский, 2000; И.В. Кириллова с соавт., 2009), особенно в отношении ранних этапов онтогенеза.
Несмотря на определенное количество работ, посвященных морфологии сердца, не все его структуры изучены одинаково детально и всесторонне. Это касается, в первую очередь, ушек предсердий.
Некоторое снижение интереса к изучению ушек сердца в последние десятилетия объясняется бытующим в научных кругах мнением, что в процессе жизни они подвергаются инволюции. Отдельные исследователи считают ушки сердца рудиментарными образованиями (В.А. Козлов, 1996; Н. Сперилакис, 1997). В научной литературе нет четкого представления об их функциональной роли.
В клинической и экспериментальной кардиологии в последние годы все более пристальное внимание уделяется диастолическому компоненту сердечного цикла, обеспечивающему активную систолу органа. Без анализа указанного компонента невозможно понимание механизма сердечного сокращения (Ю.Н. Беленков, 2000; В.И. Новиков с соавт., 2001).
Цель исследования - выявить общие закономерности, локальные особенности макро-, микроскопического строения и изменений биомеханических свойств структур сердца в онтогенезе.
Задачи исследования:
-
Выявить изменения органометрических и макроскопических характеристик структур сердца на поздних этапах пренатального и на протяжении постнатального онтогенеза.
-
Определить общие закономерности формирования и локальные особенности изменений структур опорно-сократительного комплекса сердца в онтогенезе.
-
Вскрыть возрастные, гендерные и локальные особенности изменений напряженно-деформированных состояний структур сердца.
-
На основании комплексного изучения возрастных, локальных особенностей строения и биомеханических свойств структур сердца обосновать возрастную периодизацию развития сердца.
-
Дать характеристику особенностям макро- и микроскопических изменений структур ушек сердца в онтогенезе позвоночных и человека.
-
Провести комплексную оценку изменений органометрических, биомеханических, микроскопических характеристик структур ушек сердца с учетом двухвариантности («безмиокардиальные» и «миокардиальные») локального строения их стенки.
-
Раскрыть структурный механизм диастолического кровенаполнения предсердий сердца.
Научная новизна исследования
Выявлены закономерности и динамика формирования в онтогенезе стромально-мышечных и сосудисто-тканевых отношений (то есть количественные показатели) не только отдельно в каждой оболочке, но и в стенке сердца в целом, что позволило расширить представление о возрастной перестройке опорно-сократительного комплекса органа. Так, суммарный объем кардиомиоцитов больше в субэндокардиальных зонах миокарда всех камер сердца и уменьшается по направлению к эпикарду. Суммарный объем соединительной ткани в них возрастает в противоположном направлении. С возрастом определено уменьшение суммарного объема кардиомиоцитов во всех камерах сердца и увеличение объема соединительной ткани.
Приоритетными являются данные о закономерностях изменений напряженно-деформированных состояний (НДС) структур миокарда у людей на поздних этапах пренатального и всех этапах постнатального онтогенеза, которые изучались путем измерения внутримиокардиального давления и определялись соотношением и морфологическими свойствами структурных элементов органа. Так, большая напряженность структур выявлена в левой половине сердца, по сравнению с правой, в желудочках, по сравнению с предсердиями и ушками и во внутренней (субэндокардиальной) зоне миокарда, по сравнению с наружной за счет большего относительного объема кардиомиоцитов. По мере «созревания» миокарда растет и напряжение его структур вплоть до зрелого возраста. Инволютивные изменения характеризуются увеличением относительного объема соединительной ткани, в связи с чем отмечается усиление напряжения миокарда, что свидетельствует о повышении «жесткости» мышечной оболочки, ухудшении в ней условий гемодинамики.
На основании проведенной органометрии и изучения биомеханических свойств структур стенки сердца путем измерения внутримиокардиального давления было выявлено, что в постнатальном онтогенезе сердце имеет четыре фазы развития, что позволило предложить возрастную периодизацию его развития.
Впервые проведено комплексное сопоставительное морфологическое исследование ушек сердца у некоторых видов животных и человека. Установлены ранее неизвестные закономерности изменений макро- и микроскопического строения ушек сердца, выражающиеся в изменении наружного рельефа, в увеличении относительной массы ушек у животных и регресса у человека, в увеличении разнообразия их форм, в утолщении миокарда с адекватным изменением структур эндо- и эпикарда и характеризующие их направленную изменчивость и прогрессирующее совершенствование на этапах филогенеза.
Новыми являются и данные о том, что в стенках ушек сердца на определенных этапах эволюции возникают, а в последующем дифференцируются участки с отсутствием миокарда, что является признаком адаптации их структуры к выполнению нагнетательной (особенно фазы диастолы) функции органа.
Выявленные эволюционные прогрессирующие признаки перестройки ушек сердца, а также их морфофункциональные изменения на поздних этапах пренатального и всех этапах постнатального онтогенеза позволяют констатировать, что они не являются рудиментарным образованием, а претерпевают существенное совершенствование как необходимая и активно функционирующая часть органа.
Теоретическое и практическое значение
Выявленные закономерности, особенности микроскопического строения структур сердца позволили расширить представление о возрастной перестройке опорно-сократительного комплекса органа в онтогенезе.
На основании комплексного исследования (проведения органометрии, изучения биомеханических свойств структур стенки сердца путем измерения внутримиокардиального давления, статистической обработки полученных результатов) предложена возрастная периодизация развития сердца, характеризующаяся тем, что в постнатальном онтогенезе орган проходит четыре фазы развития: 1) интенсивного прироста массы и всех показателей макроразмеров, повышения внутримиокардиального давления (новорожденность и грудной возраст); 2) относительной стабилизации интенсивности изменений изучаемых показателей (раннее детство, первый и второй периоды детства, подростковый возраст); 3) окончательного формирования структур сердца, «созревания» миокарда, что приводит к максимальному повышению внутримиокардиального давления (юношеский, первый и второй периоды зрелого возраста); 4) инволютивных изменений (пожилой и старческий возраста), характеризующихся увеличением массы сердца, разрастанием соединительной ткани в миокарде, что усиливает его напряжение (увеличивается внутримиокардиальное давление) и приводит к ухудшению условий гемодинамики.
Проведен сравнительный морфологический анализ макро- и микроскопических характеристик ушек сердца у различных видов животных и человека и найдены прогрессирующие признаки их перестройки. Выявленные закономерности могут быть использованы в эволюционной морфологии научно-исследовательскими институтами, занимающимися проблемами онто- и филогенеза, а также в вузах медикобиологического профиля при изложении материалов по физиологии, гистологии, анатомии и биологии человека.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Для поздних этапов пренатального и всех этапов постнатального онтогенеза характерны определенные стромально-мышечные и сосудисто-тканевые отношения (то есть количественные показатели) не только отдельно в каждой оболочке, но и в стенке сердца в целом.
-
Комплексное исследование сердца (проведение органометрии, изучение биомеханических свойств структур стенки путем измерения внутримиокардиального давления (ВМД), статистический анализ полученных результатов) выявило, что в постнатальном онтогенезе оно имеет четыре фазы развития, что позволило предложить возрастную периодизацию его постнатального развития.
-
Ушки сердца претерпевают существенные изменения как в фило-, так и в онтогенезе и являются не рудиментом, а активно функционирующей частью предсердных камер за счет формирования двух участков их стенки: «безмиокардиальный» - со слабым развитием кардиомиоцитов или с их полным отсутствием; «миокардиальный» - с хорошо развитым миокардом, который активно участвует как в период диастолы, так и в период систолы предсердий.
-
Комплексное детальное исследование макро-микроскопических изменений структур ушек сердца позволило вскрыть механизм диастолического кровенаполнения полости предсердий, основой которого является то, что при систоле желудочков возникает отрицательное давление в полости перикарда, которое по принципу обратной связи действуют на стенку предсердных камер и, особенно, на ушки сердца, обеспечивающих приток крови в них.
Внедрение результатов исследования в практику
Новые данные о закономерностях макро-микроскопического строения и изменения биомеханических свойств структур сердца в онтогенезе внедрены в учебный процесс кафедры анатомии человека АГМУ, кафедры патологической анатомии с секционным курсом АГМУ, кафедры гистологии АГМУ, кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии АГМУ.
Апробация работы
V Всероссийский съезд судебных медиков «Перспективы развития и совершенствования судебно-медицинской службы Российской федерации», Москва-Астрахань, 2000; III Международный конгресс по интегративной антропологии, Белгород, 2000; научная конференция с международным участием «Актуальные вопросы современной клинической медицины в условиях ОМС», Иркутск, 2000; VI конгресс Международной ассоциации морфологов, г. Уфа, 2002; итоговая научная конференция, посвященная 50-летию АГМУ, Барнаул, 2004; международная научно-практическая конференция «Социальная безопасность населения юга Западной Сибири – региональные риски и пути повышения эффективности защиты населения региона от природных угроз», Барнаул, 2005; Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 40-летию педиатрического факультета АГМУ «Педиатры Алтая – будущему России», Барнаул, 2006; Российский национальный конгресс кардиологов, Москва, 2006; научно-практическая конференция с международным участием «Морфологическое состояние тканей и органов в норме и при моделировании патологических процессов», Тернополь, 2006; международная дистанционная научно-практическая конференция «Внедрение инновационных технологий в хирургическую практику», Пермь, 2008; V международная телеконференция «Фундаментальные науки и практика», Томск, 2011; Российский национальный конгресс кардиологов, Москва, 2011; 2-ая Международная научно-практическая конференция «Европейская наука и технологии», Wiesbaden, Germany, 2012; на межкафедральном заседании в Алтайском государственном медицинском университете (Барнаул, 2012).
Публикации
По теме диссертации опубликованы 42 работы, из них в журналах, рекомендованных ВАК – 11; 1 монография.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, четырех глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, практических рекомендаций и библиографии.
Работа изложена на 515 стр., содержит 115 рисунков (из них макрофото – 21, микрофото – 32) и 52 таблицы. Список использованной литературы содержит 561 работу отечественных (319) и зарубежных (242) авторов.
