Введение к работе
Актуальность темы. Проблема атеросклероза, несмотря на многочисленные клинические и экспериментальные исследования (Аничков Н.Н., Цинзерлинг В.Д., 1953; Вихерт А.М, 1974; Нагорнев В.А., 1996; Жданов В.С. и др., 2002; Карпов Р.С., 2003; Климов А.Н.,2003; Аронов Д.М., Лупанов В.П., 2009; Липовецкий Б.М., 2012; Ross R., Glomset J.A., 1976; Thompson G., 1994; Stoll G., Bendszus M., 2006; Couzin J., 2008; Sadeghi M.M. et al.; Frostegard J., 2013), в настоящее время остается еще нерешенной в отношении как этиологии, так и патогенеза. В морфогенезе ишемической болезни сердца и хронической сердечно-сосудистой недостаточности ведущее место придают стенозирующему атеросклерозу коронарных артерий и обусловленным этим процессом нарушениям органной гемодинамики (Мясников А.Л., 1965; Автандилов Г.Г., 1970; Вихерт А.М., 1975; Cаркисов Д.С., 1977; Ганджа И.М., Фуркало Н.К., 1978; Анестиади В.Х., Нагорнев В.А., 1982; Cусеков А.В. и др., 2009; Черпаченко Н.М. и др., 2011). Однако непосредственная причина недостаточности миокарда – изменение структуры и метаболизма кардиомиоцитов (Семенова Л.А., Целлариус Ю.Г., 1978; Авцын А.П., Шахламов В.А., 1979; Пауков В.С., Фролов В.А., 1982; Кухарчук В.В., Тарарак Э.М., 2010; Егорова И.Ф. и др., 2012; Цыплакова В.Г., 2012; Osipov R.M. et al., 2009; Pereira T.M., et al., 2010; Goldberg I.J. et al., 2012; Drevinge C. et al., 2013).
При изучении пато- и морфогенеза атеросклероза основное внимание уделяется исследованию стенки крупных сосудов. Влияние атеросклеротического процесса на сократительный миокард, его соединительнотканную строму и микроциркуляторное русло недостаточно изучено. В возникновении патологических изменений в миокарде играют роль не только циркуляторные изменения, связанные с развитием атеросклеротических бляшек в коронарных артериях, но и метаболические повреждения мышечных клеток сердца и их внутриклеточных структур. Однако исследования, проведенные на ультраструктурном уровне, единичны (Мартынюк Р.А. и др., 1976; Давид Х. и др., 1977; Мишина С.В., 1984; Гудкова А.Я., 2012; Madamanchi N.R., Runge M.S., 2007; Xu Y. et al., 2013).
Современные морфологические наблюдения служат доказательством прямого повреждения миокарда животных, содержащихся на высокой холестериновой диете (Нагорнев В.А., Бобрышев Ю.В., 1984; Карпов Р.С., Дудко В.А.,1998; Чазов Е.И. и др., 2007; Рагино Ю.И. и др., 2011; Липовецкий Б.М., 2012; Fisher V.W., 1979; Clandinin M.T., Yamashiro S., 1982; Farnworth E.R. et al., 1983), однако специальные морфологические исследования миокарда при экспериментальном атеросклерозе единичны (Мартынюк Р.А. и др., 1976; Мишина С.В., 1984) или посвящены отдельным структурам мышцы сердца (Osipov R.M. et al., 2009; Drevinge C. et al., 2013).
Эндогенная гиперхолестеринемия – один из важных факторов риска развития атеросклероза. К возникновению эндогенной гиперхолестеринемии и липидозу аорты может приводить полное голодание, которое как сильный раздражитель нарушает липидный и углеводный обмен путем мобилизации липидов из депо, что сопровождется повышением уровня холестерина в крови (Соколова Р.И., Метелица В.И., 1971; Хомуло П.С.,1974; Мишина С.В., 1984; Kanamori H. et al., 2009).
Большая роль липидов в метаболизме сердца (Покровский А.А., 1974; Dontas L.A., 2011) привлекает внимание к сущности и значению жировой дистрофии миокарда (Чернышева Г.В. и др., 1969; Данилова К.М., 1972; Goldberg I.J. et al., 2012). Не ясен вопрос, влияет ли гиперхолестеринемия сама по себе на структурные элементы миокарда и каковы морфологические проявления этого воздействия.
Экспериментальный атеросклероз, воспроизведенный введением животным кристаллического холестерина, – широко используемая в морфологических исследованиях модель (Тарарак Э.М., Ариэль В.М., 1973; Зубжицкий Ю.Н. и др., 1974; Боцман Н.Е. и др., 1975; Климов А.Н., 1977; Нагорнев В.А., Бобрышев Ю.В., 1984; Толмачева Н.В., Сусликов В.Л., 2007; Rodriguez-Porcel M. et al., 2000; Ferdinandy P., 2003; Scarabelli T.M., Gotllieb R.A., 2004; McCommis K.S. et al., 2011). Однако в таких работах на первом плане стоит описание изменений в сосудистой стенке; сравнительное морфологическое изучение атеросклеротических изменений в сосудах и сердечной мышце кроликов методами морфометрии, световой и электронной микроскопии не проведено.
При кормлении кроликов одним холестерином не удается добиться изменений в миокарде, близких к изменениям, встречающимся у человека (Мясников А.Л. и др., 1963; Климов А.Н., 1977; Мишина С.В., 1984; Couzin J., 2008). Поэтому оправдана разработка новых экспериментальных моделей атеросклероза, при которых развитие атеросклеротических изменений было бы связано не только с экзогенными (введение холестерина), но и с эндогенными липидами. При этом возникала необходимость проведения сравнительного анализа изменений кардиомиоцитов, капилляров, стромы миокарда, коронарных артерий и аорты в динамике экспериментального атеросклероза.
В своих исследованиях мы уделили особое внимание ультраструктурному состоянию кардиомицитов и капилляров, учитывая возможность использования экспериментального материала для выяснения патогенеза атеросклероза. Мы провели системный анализ изменений аорты, артериального русла и миокарда при экспериментальном атеросклерозе по данным вскрытий, биохимического исследования сывротки крови, световой и электронной микроскопии.
Проследить ранние изменения миокарда в динамике этого заболевания в клинике сложно. Только в эксперименте на клеточном и ультраструктурном уровнях можно вскрыть тончайшие нарушения механизмов мышечной деятельности сердца.
Изложенное свидетельствует об актуальности изучения морфогенеза атеросклеротического процесса с помощью современных методов структурного анализа, позволяющих выявлять ранние повреждения кардиомиоцитов и паренхиматозно-стромальные взаимоотношения.
В качестве основных экспериментальных животных использованы взрослые кролики, так как у них и у человека есть общие факторы видовой предрасположенности к развитию атеросклероза, по сравнению с собаками и крысами, устойчивыми к атеросклеротическому процессу.
Цель и задачи исследования. Цель работы – изучить с помощью современного морфофункционального анализа общие закономерности структурных реакций кардиомиоцитов и капилляров при эндогенно и экзогенно вызванной гиперхолестеринемии у крыс и развитии атеросклеротического процесса в аорте и коронарных артериях у кроликов.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучить морфологические изменения в аорте, коронарных артериях и миокарде крыс при моделировании эндогенной гиперхолестеринемии.
-
Изучить морфологические изменения в аорте, коронарных артериях и миокарде кроликов в условиях эндогенной гиперхолестеринемии.
-
Изучить характер структурных изменений аорты, коронарных артерий и миокарда у кроликов в динамике экспериментального атеросклероза при введении экзогенного холестерина.
-
Изучить морфологические изменения в аорте, коронарных артериях и миокарде кроликов при моделировании атеросклеротического процесса путем сочетанной экзо- и эндогенной гиперхолестеринемии.
Научная новизна. Впервые с помощью комплексного патоморфологического анализа (световая, электронная микроскопия, морфометрия и стереология) изучен миокард кроликов при моделировании атеросклеротического процесса и миокард крыс при моделировании гиперхолестеринемии для выяснения общих закономерностей внутриклеточной реорганизации кардиомиоцитов и ремоделирования миокарда. Установлено, что к общим закономерностям структурной реорганизации миокарда при разных способах моделирования гиперхолестеринемии у животных разных видов относятся усиление гетерогенности кардиомиоцитов, нарастание в них литических и деструктивных процессов, сопровождающихся усилением аутофагоцитоза и апоптоза кардиомиоцитов, не связанных непосредственно с атеросклеротическими повреждениями аорты и коронарных артерий. Эти изменения обусловливают развитие диффузного мелкоочагового кардиосклероза еще до возникновения препятствий кровотоку в коронарных артериях.
Впервые показано, что эндогенная гиперхолестеринемия у крыс и кроликов, вызванная путем полного голодания, не сопровождается развитием атерогенных изменений аорты и коронарных артерий, но обусловливает развитие жировой дистрофии кардиомиоцитов и умеренного диффузного кардиосклероза. Впервые выделены два основных варианта внутриклеточной реорганизации кардиомиоцитов атерогенного генеза: накопление большого количества липидных включений и литические и деструктурные изменения органелл с усилением аутофагических процессов.
Впервые при моделировании атеросклероза аорты и коронарных артерий у кроликов при введении экзогенного холестерина и сочетании эндогенной и экзогенной гиперхолестеринемии показано, что литические и деструктивные изменения кардиомиоцитов начинают манифестировать до появления выраженных атеросклеротических изменений в аорте и коронарных артериях. Установлено, что усиление атеросклеротических поражений коронарных артерий способствует развитию диффузного мелкоочагового кардиосклероза.
Впервые описана динамика ультраструктурных изменений кардиомиоцитов и капилляров у крыс и кроликов при моделировании гиперхолестеринемии и атеросклероза, а также соотношение процессов повреждения и регенерации миокарда. Показано, что повреждения кардиомиоцитов обусловлены нарушением в них белково-синтетических процессов, что приводит к ингибированию процессов внутриклеточной регенерации, атрофии и апоптозу кардиомиоцитов с развитием диффузного мелкоочагового кардиосклероза.
Практическая значимость. Полученные в работе новые данные об общих закономерностях изменений кардиомиоцитов и капилляров при моделировании атеросклероза у кроликов и при моделировании гиперхолестеринемии у крыс путем эндо - и экзогенной гиперхолестеринемии имеет большое значение для понимания морфогенеза хронической сердечной недостаточности атерогенного генеза. Полученные данные о соотношениях паренхимы и стромы миокарда и особенностях репарации сердечных миоцитов при экспериментальном атеросклерозе и гиперхолестеринемии способствуют разработке новых подходов к профилактике и лечению атеросклероза.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Моделирование эндогенной гиперхолестеринемии у крыс и кроликов путем полного голодания не вызывает атерогенных изменений аорты и коронарных артерий, но обусловливает развитие жировой дистрофии кардиомиоцитов и умеренного диффузного кардиосклероза. Выделены два основных варианта внутриклеточной реорганизации кардиомиоцитов в таких условиях: накопление большого количества липидных включений и литические и деструктивные изменения органелл с усилением аутофагических процессов.
-
При моделировании атеросклероза аорты и коронарных артерий у кроликов литические и деструктивные изменения кардиомиоцитов начинают манифестировать до появления выраженных атеросклеротических изменений в аорте и коронарных артериях. Усиление атеросклеротических поражений коронарных артерий способствует развитию диффузного мелкоочагового кардиосклероза.
-
При развитии гиперхолестеринемии и в динамике атеросклеротического процесса наряду со значительными патологическими изменениями в кардиомиоцитах сохраняются процессы внутриклеточной регенерации, что способствует не только восстановлению нормальной ультраструктуры кардиомиоцитов, но и обеспечивает их гипертрофический рост.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 1-й Всероссийской научной конференции молодых ученых-медиков «Инновационные технологии в медицине XXI века» (Москва, 2012), научно-образовательном форуме «Кардиология - 2012» (Москва, 2012), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Вопросы патогенеза типовых патологических процессов» (Новосибирск 2012); 6-й Всероссийской конференции «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов» (Новосибирск, 2013), IV конференции молодых ученых и студентов «Экспериментальная и прикладная физиология. Инновационные подходы в физиологии и медицине» (Москва, 2013), межлабораторной научной конференции в ФГБУ Научно-исследовательском институте региональной патологии и патоморфологии СО РАМН (Новосибирск, 2013)»
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 4 – в рецензируемых журналах по списку ВАК и в системе цитирования (библиографической базе) Web of Science
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, характеристики материала и методов исследования, результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка цитированной литературы (234 источника, из них 104 отечественных и 130 иностранных авторов). Диссертация изложена на 140 страницах текста компьютерного набора, содержит 32 рисунка.
