Введение к работе
Актуальность проблемы. Ишемические поражения сердца являются наиболее часто встречающимися патологиями сердечно-сосудистой системы человека. Несмотря на достижения медицины, число этих заболеваний растет с каждым годом. Важным фактором роста сердечно-сосудистых заболеваний является старение населения. Инфаркт миокарда (ИМ), основной причиной которого является атеросклероз коронарных сосудов, обычно затрагивает левый желудочек (ЛЖ) сердца и сопровождается гибелью до 40 % кардиомиоцитов (КМЦ) (Buja, Vela, 2008). После острого периода на месте некротизированных клеток образуется рубцовая ткань, и болезнь переходит в хроническую форму, которую определяют как хроническую сердечную недостаточность (ХСН). При переходе от острой фазы повреждения в хроническую происходит перестройка структуры и функции сердца (ремоделирование). Адаптивные изменения структуры и геометрии ЛЖ в ходе ремоделирования увеличивают его ударный объем и, на некоторое время, компенсируют снижение функции сердца, но не позволяют остановить дальнейшее развитие заболевания (Нечесова и др., 2008). Прогноз для больных, перенесших ИМ, во многом зависит от уровня потери КМЦ, его локализации и интенсивности регенераторных процессов в сердце.
Существуют две точки зрения на способность поврежденного миокарда к регенерации. Согласно одной из них, миокард обладает слабой способностью к регенерации (Румянцев и др., 1982; Soonpaa, Field, 1998; Borisov, 1999). Согласно другой точке зрения, миокард обладает достаточно высокой спсобностью к репаративной регенерации (Beltrami et al., 2003; Urbanek et al., 2005; Hosoda et al., 2009; Leri et al., 2011). Таким образом, вопрос о регенераторных возможностях миокарда до сих пор остается нерешенным.
ХСН является системным заболеванием, при котором в той или иной степени поражаются многие органы. Снижение объема крови, выбрасываемой ЛЖ в общий кровоток, ведет к развитию гипоксии и метаболического ацидоза в различных органах и тканях. При этом особенно страдают те органы, метаболизм которых в наибольшей степени зависит от концентрации кислорода в крови. Печень относится к числу органов, обладающих наиболее высокой метаболической активностью (Шмидт-Ниельсен, 1987). В силу этого интенсивность ее функций в значительной степени зависит от функционального состояния сердца. В свою очередь уровень энергетического метаболизма КМЦ во многом определяется концентрацией жирных кислот и глюкозы, синтезирующихся в печени и поступающих в периферическую кровь.
Сведения о структуре и функции печени при ХСН немногочисленны. Подавляющее большинство имеющихся в настоящее время сведений о состоянии печени при различных патологиях сердца основано на данных клинических исследований, рутинного гистологического анализа ткани печени или лабораторного анализа периферической крови
пациентов. Результаты этих исследований позволили установить, что поражения печени при ХСН развиваются в достаточно большом числе случаев. Они варьируют от кратковременных функциональных нарушений до кардиального цирроза печени (Giallourakis et al., 2002; Weisberg, 2011). Вследствие уменьшения сердечного выброса возникают застойные явления в печени, приводящие к центролобулярному некрозу клеток ее паренхимы. (Henrion at al., 2003). При прогрессировании сердечной недостаточности может развиваться фиброз в области центральных вен и мостовидный фиброз между соседними центральными венами (Arcidi et al., 1981; Giallourakis et al., 2002). Однако сведения об уровне регенераторного ответа печени при ее гипоксическом повреждении и клеточных механизмах регенерации этого органа при ХСН в настоящее время практически отсутствуют.
Цель и задачи исследования. Цель данной работы состояла в том, чтобы оценить морфофункциональное состояние и кинетику популяций клеток сердца и печени при хронической сердечной недостаточности. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать возрастные изменения популяции кардиомиоцитов в левом желудочке сердца крысы и человека;
-
Используя эхокардиографический, гистологический и цитофотометрический методы, исследовать морфофункциональное состояние левого желудочка сердца и кинетику популяции кардиомиоцитов у крыс на разных сроках после инфаркта миокарда;
-
Определить уровни плоидности и гипертрофии кардиомиоцитов в левом желудочке сердца человека при хронической сердечной недостаточности;
-
Исследовать состояние энергетического метаболизма у контрольных, ложно оперированных крыс и крыс с хронической сердечной недостаточностью;
-
Исследовать морфофункциональное состояние печени и кинетику популяции гепатоцитов у контрольных и ложнооперированных крыс, а также у крыс с хронической сердечной недостаточностью.
Научная новизна. Впервые показано, что распределение КМЦ по классам плоидности в ЛЖ сердца взрослых крыс и человека не изменяется с возрастом. Число КМЦ у человека в интервале 20-55 лет снижается примерно на 40 %, но это снижение в значительной степени компенсируется гипертрофией КМЦ. Впервые, с помощью разработанного автором метода, показано, что количество КМЦ в сердце крыс, сниженное в результате ИМ, не восстанавливается при ремоделировании ЛЖ. Впервые показано, что на ранних этапах ремоделирования миокарда происходит гипотрофия КМЦ, которая затем сменяется их гипертрофией. Впервые показано, что при ХСН происходит увеличение уровней плоидности и степени гипертрофии гепатоцитов. Впервые показано, что развитие ХСН у крыс сопровождается изменением глюкостатической функции печени.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Количество КМЦ в ЛЖ сердца крыс, сниженное в результате их некроза после ИМ, не восстанавливается. Обновление популяции КМЦ в ЛЖ сердца взрослых млекопитающих при старении или его ремоделировании после ишемического повреждения не происходит. Гипертрофия КМЦ является основным механизмом физиологической и репаративной регенерации миокарда ЛЖ сердца.
-
Гипоксия печени при хронической сердечной недостаточности у крыс приводит к усилению фибротизации и васкуляризации ее паренхимы, изменению метаболизма гликогена и уменьшению числа гепатоцитов.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные в работе данные важны для понимания сути процессов, развивающихся в клеточных популяциях паренхимы печени и сердца в постинфарктном периоде. Выводы работы необходимо учитывать при разработке стратегии лечения больных ХСН и использовать в курсах лекций для студентов медицинских ВУЗов. Оригинальный метод определения числа клеток в сердце и печени млекопитающих, разработанный в ходе выполнения диссертационной работы, может быть применен в различных практических и фундаментальных исследованиях в области медицины и биологии.
Личный вклад автора. Все экспериментальные процедуры и обработка результатов выполнены автором лично. Материалы, вошедшие в представленную работу, обсуждались и публиковались совместно с соавторами и научным руководителем.
Апробация работы. Материалы работы были представлены на X Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Ярославль, 2010), на Всероссийской научной конференции молодых ученых "Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия" (Санкт-Петербург, 2010), на Всероссийской научной конференции "Регенеративная биология и медицина" (Москва, 2011), на III Конференции молодых ученых ИНЦ РАН (Санкт-Петербург, 2012), на II Всероссийской научной конференции молодых ученых «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия» (Санкт-Петербург, 2012).
По результатам работы опубликовано 4 статьи в рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы, содержащего 292 наименования. Работа изложена на 145 страницах и иллюстрирована 45 рисунками и 20 таблицами.
