Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 14
1.1. Развитие желудочковых кардиомиоцитов человека в постнатальном онтогенезе 14
1.1.1. Периоды развития миокарда в постнатальном онтогенезе человека 14
1.1.2. Изменение диаметра кардиомиоцитов в постнатальном онтогенезе человека 16
1.1.3. Ультраструктурная дифференцировка кардиомиоцитов 17
1.2. Гипертрофия желудочковых кардиомиоцитов в условиях повышенной нагрузки у взрослого человека 39
1.2.1. Стадии развития гипертрофии миокарда 41
1.2.2. Изменение диаметра кардиомиоцитов при развитии их гипертрофии 44
1.2.3. Ультраструктурные изменения кардиомиоцитов при развитии их гипертрофии 50
1.3. Развитие кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло в период постнатального онтогенеза 76
1.3.1. Анатомические и клинические особенности больных тетрадой Фалло 76
1.3.2. Диаметр кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло 81
1.3.3. Особенности ультраструктуры кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло 83
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования 92
2.1. Общая характеристика материала 92
2.2. Методы исследования 94
2.2.1. Светооптическое исследование 94
2.2.2. Электронно-микроскопическое исследование 96
2.2.3. Клинические параметры больных тетрадой Фалло 100
2.2.4. Статистическая обработка результатов 102
ГЛАВА 3. Результаты исследования и их обсуждение --103
3.1. Изменение диаметра кардиомиоцитов в постнатальном онтогенезе у человека без патологии сердечно-сосудистой системы (группа сравнения) 103
3.2. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных разных возрастных групп 105
3.2.1. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных первого года жизни (первая группа) 107
3.2.2. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных 1-2 лет (вторая группа) 122
3.2.3. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных 2-3 лет (третья группа) 135
3.2.4. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных 3-6 лет (четвертая группа) 150
3.2.5. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных 6-9 лет (пятая группа) 159
3.2.6. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных 9-13 лет (шестая группа) 167
3.2.7. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных 13-18 лет (седьмая группа) 174
3.2.8. Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных 18-40 лет (восьмая группа) 180
3.3. Динамика изменения диаметра и ультраструктуры кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе--191
3.3.1. Динамика изменения диаметра кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 191
3.3.2. Динамика изменения гранулярного эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 200
3.3.3. Динамика изменения сократительного аппарата в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 206
3.3.4. Динамика изменения множественных вставочных дисков в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 215
3.3.5. Динамика изменения митохондрий в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 219
3.3.6. Динамика изменения содержания гликогена в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе -248
3.3.7. Наличие гликогеносом и а-гликогена в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 251
3.3.8. Наличие миелиновых телец в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 256
3.3.9. Динамика изменения содержания жировых капель в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 259
3.3.10. Динамика изменения содержания гранул липофусцина в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 267
3.4. Онтогенетический и гипертрофический рост кардиомиоцитов. Особенности их сочетания при развитии гипертрофии миокарда правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе 272
3.5. Ультраструктурная перестройка кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло в процессе их гипертрофического роста 283
ГЛАВА 4. Заключение 303
Выводы 312
Практические рекомендации 314
Список литературы 315
Приложение 354
- Анатомические и клинические особенности больных тетрадой Фалло
- Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных первого года жизни (первая группа)
- Динамика изменения сократительного аппарата в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе
- Ультраструктурная перестройка кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло в процессе их гипертрофического роста
Введение к работе
Понимание особенностей развития и патологии миокарда человека является необходимой основой для совершенствования методов лечения больных, в том числе, больных врожденными пороками сердца.
Значительный вклад в формирование современных знаний о строении, функционировании и патологии миокарда внесли исследования П.П. Румянцева (1953 - 1990), Ф.З.Меерсона (1960 - 1993), Д.С. Саркисова и соавт. (1962 -2000), Ю.Г. Целлариуса и соавт. (1972-1985); Л.А. Семеновой и соавт. (1978-1985); Л.М. Непомнящих и соавт. (1981-2003); В.Я. Бродского (1991 -1995), A.J. Linzbach (1947-1976), P. Anversa, et al. (1971-2002); V.J. Ferrans et al., (1972-1984); M. Jones, V.J. Ferrans (1973-1977); B.J. Maron, et al. (1974-1983); S.H. Rahimtoola (1985,1989); D.J. Hearse (1990 - 1997); N.S. Peters, et al. (1993-1998); J. Ausma, et al. (1995-2003). Выполненные исследования свидетельствуют о сложной организации миокарда, высокой специализации его сократительных клеток и их значительных компенсаторно-приспособительных возможностях. Вместе с тем, существующие представления о становлении в онтогенезе сложной структуры миокарда и его компенсаторно-приспособительных механизмах недостаточно разработаны. В частности, ограничена информация об ультраструктурной организации КМЦ человека на разных этапах развития миокарда в постнатальном онтогенезе. Не установлены возрастные особенности реакции КМЦ детей разного возраста на повышенную функциональную нагрузку. Практически не разработан вопрос о соотношении нормального роста КМЦ в онтогенезе и их роста при развитии гипертрофии миокарда.
Важной особенностью современного этапа исследования КМЦ следует признать большой поток новой информации, связанный с открытием явления гибернации миокарда (Rahimtoola S.H., 1985, 1989). Данная информация формирует новые представления о закономерностях структурно-
9 функциональной организации сократительных клеток сердца, о возможностях их компенсаторных изменений.
Для изучения закономерностей развития в постнатальном онтогенезе КМЦ человека и их функционирования в условиях повышенной нагрузки исключительную ценность представляет материал интраоперационных биопсий миокарда больных ВПС, в частности, ТФ. Врожденный порок сердца - ТФ является природной моделью, при которой гипертрофия миокарда ПЖ в условиях повышенной функциональной нагрузки начинает проявляться на ранних стадиях онтогенеза. В связи с этим интраоперационные биопсии миокарда ПЖ больных ТФ разного возраста позволяют проследить особенности ультраструктурной дифференцировки КМЦ в условиях повышенной нагрузки в процессе постнатального онтогенеза человека и проанализировать особенности развития гипертрофии миокарда человека на фоне его онтогенетического роста.
Изучение характерных ультраструктурных признаков миокарда, которые отражают его возрастные, компенсаторные или дистрофические изменения, влияющие на сократительную способность миокарда у больных ТФ, может помочь при установлении оптимального возраста больных для оперативного лечения, при выборе наиболее адекватной терапевтической поддержки и определении прогноза состояния больных ТФ, что имеет большое значение для кардиохирургии.
В ряде исследований продемонстрированы выраженные гипертрофические, характерные дистрофические и так называемые дегенеративные изменения КМЦ ПЖ у больных ТФ разного возраста (Мешалкин Е.Н. и соавт., 1978; Захарова В.П. и др., 1997; Sakashita I. et al., 1969, 1971; Jones M. et al, 1975; Jones M., Ferrans V.J., 1977; Ferrans V.J, 1977, 1978; Isomura T. et al., 1990). При этом была отмечена значительная вариабельность ультраструктуры КМЦ (Мешалкин Е.Н. и соавт., 1978). У больных ТФ в КМЦ часто обнаруживали хорошо развитый аппарат Гольджи,
10 повышенное содержание гликогена, гранул липофусцина, нередко -дезориентированные миофибриллы, капли жира, зоны саркоплазмы без миофибрилл, заполненные гликогеном и митохондриями (Sakashita I. et al., 1969, 1971; Isomura Т. et al., 1990). Ультраструктурные особенности КМЦ авторы обсуждали в связи со стенозом выходного отдела ПЖ и развивающейся гипоксемией больных ТФ (Sakashita I. et al., 1969).
Исследование большого объема биопсийного материала было выполнено М. Jones, V.J. Ferrans при изучении ультраструктуры КМЦ больных ВПС со стенозом выходного отдела ПЖ, в том числе ТФ, для выяснения причин ослабления сократительной активности миокарда ПЖ и повышенной послеоперационной летальности взрослых больных данными ВПС (Jones М. et al, 1975; Jones М., Ferrans V.J., 1977; Ferrans V.J, 1977; 1978). Было обнаружено, что у больных ВПС со стенозом выходного отдела ПЖ старше 10 лет в КМЦ ПЖ появляются и в дальнейшем нарастают с возрастом так называемые дегенеративные изменения с прогрессирующей утратой миофибрилл, которые имеют четкую зависимость от тяжести порока сердца и связаны с нарастающей у взрослых больных сердечной недостаточностью. Природа выявленных изменений КМЦ не установлена. Тем не менее, полученные результаты позволили авторам сделать важный вывод о необходимости выполнения радикальной коррекции порока у больных ТФ в более младшем возрасте.
У больных ТФ младшего возраста также описаны характерные особенности структуры КМЦ ПЖ. В частности, признаки гипертрофии КМЦ ПЖ обнаружены уже у больных ТФ моложе 3 лет (Мешалкин Е.Н. и соавт., 1978; Matsuda Н. et al., 1986; Sekiguchi М. et al, 1986; Захарова В.П. и др., 1997). Необходимо, однако, отметить, что выполненные исследования не включали анализ поэтапных возрастных изменений ультраструктуры КМЦ этих больных, и к настоящему времени последовательные возрастные изменения ультраструктуры КМЦ ПЖ больных ТФ не прослежены.
Для дальнейшего изучения структурных изменений КМЦ человека в процессе их роста и развития в онтогенезе, анализа возрастных особенностей их адаптивных реакций и патологических изменений было предпринято настоящее исследование ультраструктуры КМЦ ПЖ при ТФ. Исследование опирается на широкое применение морфометрических методик и включает большой объем наблюдений, необходимый для статистического анализа полученной информации при значительной вариабельности обследуемых больных.
Цель исследования: изучить структурные изменения кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе.
Задачи исследования:
1. Изучить возрастную динамику изменения диаметра кардиомиоцитов правого
желудочка при тетраде Фалло как показателя роста этих клеток.
2. Изучить возрастные особенности ультраструктурных изменений
кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло.
Проанализировать соотношение структурных параметров кардиомиоцитов правого желудочка с клиническими показателями больных тетрадой Фалло в разных возрастных группах.
Проанализировать форму и размеры митохондрий межмиофибриллярной популяции в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло.
5. Проанализировать особенности структурных изменений кардиомиоцитов при
развитии гипертрофии миокарда правого желудочка больных тетрадой Фалло в
разные периоды постнатального онтогенеза.
Научная новизна.
Впервые:
-на большом биопсийном материале с помощью морфометрических методов исследования проанализированы возрастные изменения ультраструктуры КМЦ ПЖ у больных ТФ от первого года жизни до 40 лет и
12 морфологические особенности компенсаторных механизмов этих клеток в условиях функциональной перегрузки и гипоксемии;
-проведен ультраструктурный анализ формирования специализированной популяции межмиофибриллярных митохондрий в процессе дифференцировки КМЦ человека в постнатальном онтогенезе;
-выявлены два механизма развития гипертрофии миокарда, происходящей за счет увеличения размеров КМЦ, которые реализуются на двух последовательных этапах постнатального онтогенеза. Гипертрофия миокарда осуществляется за счет: 1) ускорения еще не завершенного онтогенетического роста незрелых КМЦ, 2) гипертрофического роста зрелых КМЦ. Онтогенетический рост незрелых КМЦ происходит с увеличением их диаметра до взрослой нормы и сопровождается дифференцировкой клеток. Гипертрофический рост зрелых КМЦ соответствует долговременной адаптации КМЦ к повышенной нагрузке, в ходе этого роста диаметр КМЦ превышает взрослую норму;
-получены доказательства того, что гипертрофический рост КМЦ ПЖ при ТФ сопровождается повышением уровня их дифференцировки с последующей ультраструктурной перестройкой, которая заключается в постепенном увеличении содержания в клетках структур общего характера и ослаблении выраженности специализированных структур;
-разработано представление, что перестройка КМЦ с постепенной утратой миофибрилл является универсальным адаптивным механизмом зрелых дифференцированных КМЦ при угрозе энергодефицита, который реализуется не только в условиях хронической гибернации, но и на поздней стадии гипертрофии миокарда.
Практическая значимость.
На большом материале определены морфологические показатели состояния КМЦ ПЖ больных ТФ от первого года жизни до 40 лет, и проведено
13 сопоставление этих показателей с клиническими особенностями порока у больных ТФ в разных возрастных группах.
В постнатальном онтогенезе больных ТФ выявлены два возрастные этапа, характеризующиеся преобладанием разных механизмов развития гипертрофии миокарда ПЖ: 1) у больных ТФ моложе 6 лет - гипертрофия миокарда ПЖ развивается преимущественно за счет ускорения онтогенетического роста КМЦ, 2) у больных ТФ старше 6 лет - преимущественно за счет гипертрофического роста зрелых КМЦ.
Установлено, что у больных ТФ первого года жизни незавершенная дифференцировка сократительного аппарата КМЦ ПЖ является одной из причин сниженной фракции выброса ПЖ.
Установлено, что у больных ТФ первых лет жизни повышена частота развития жировой дистрофии КМЦ ПЖ, которая достигает наиболее высокого уровня и уменьшается с возрастом у больных ТФ 3-6 лет, что необходимо учитывать при определении адекватной терапевтической поддержки больных ТФ в данный критический переходный период роста КМЦ ПЖ.
Получены данные, демонстрирующие, что паллиативная операция, выполненная у больных ТФ в возрасте до 22 месяцев, оказывает благоприятное влияние на жировой метаболизм КМЦ ПЖ у больных ТФ 2-3 лет.
У больных ТФ 9-40 лет выявлены ультраструктурные изменения гипертрофированных КМЦ ПЖ с постепенным расширением в них областей саркоплазмы, свободных от миофибрилл, что является морфологическим выражением перестройки этих клеток с постепенным уменьшением их сократительной способности.
Основные положения, выносимые на защиту: 1. Развитие внутриклеточной формы компенсаторной гипертрофии миокарда имеет два разных механизма, которые реализуются на двух последовательных этапах онтогенеза: 1) за счет ускорения еще не завершенного
14 онтогенетического роста КМЦ, 2) за счет гипертрофического роста зрелых КМЦ.
В процессе дифференцировки КМЦ происходит структурная перестройка митохондрий с формированием их специализированной для КМЦ межмиофибриллярной популяции.
Ультраструктурные изменения зрелых гипертрофированных КМЦ ПЖ при ТФ характеризуются первоначальным повышением уровня их дифференцировки и последующей перестройкой, которая заключается в увеличении содержания структур общего характера и ослаблении выраженности специализированных структур с постепенной утратой миофибрилл на поздних стадиях процесса.
Анатомические и клинические особенности больных тетрадой Фалло
Как биологический феномен гипертрофия означает увеличение размеров и массы функциональных единиц органа с интенсификацией их функции. Различают гипертрофию органов, клеток и субклеточных образований. (Авцын А.П., Шахламов В.А., 1979). Увеличение массы органа при разрастании межуточной ткани называют ложной гипертрофией, а при увеличении массы паренхимы - истинной гипертрофией (Давыдовский И.В., 1969; Струков А.И., 1977). В рамках истинной гипертрофии выделяют функциональную -компенсаторную - рабочую гипертрофию, которая обусловлена повышенной нагрузкой и обеспечивает повышенную функциональную активность органа (Лиознер Л.Д., 1963; Авцын А.П., Шахламов В.А., 1979). При развитии гипертрофии полостных органов принято различать концентрическую и эксцентрическую гипертрофию - соответственно с сужением или расширением полости органа; концентрическая гипертрофия миокарда, как правило, развивается при перегрузке давлением, а эксцентрическая - при перегрузке объемом и на стадии декомпенсации при перегрузке давлением соответствующей камеры сердца (Струков А.И., 1977; Ferrans V.J., 1984; SawadaK., KawamuraK., 1991). Как известно, в зависимости от пролиферативной способности клеток все клеточные популяции разделены на 3 группы: 1) статические (неделящиеся, неизменные, перманентные), 2) растущие (покоящиеся, стабильные - с низким уровнем митотической активности), и 3) обновляющиеся (непрерывно делящиеся, лабильные) (Leblond СР., 1964, Пальцев М.А., Аничков Н.М., 2001). В зависимости от типа клеточных популяций рабочая гипертрофия тканей и органов происходит за счет увеличения количества или размеров клеток и соответственно развивается в форме клеточной или внутриклеточной регенерации (Саркисов Д.С, 1970; 1977). Вопрос о механизме развития гипертрофии зрелого миокарда проблематичен. Одни авторы рассматривают сократительные клетки миокарда как популяцию фиксированных постмитотических клеток (Schultze В., Oehlert W., 1960), не способных к делению (Пальцев М.А., Аничков Н.М., 2001), другие - как крайне медленно растушую клеточную популяцию (Румянцев П.П., 1982). СР. Leblond et al. (1959) подчеркнули негомогенность популяции сердечных миоцитов и наличие в ней части клеток, которые проявляют свойства клеток растущей популяции, тем не менее в целом сердечная мышца была отнесена ими к группе статических тканей. В согласии с этим традиционно считают, что развитие рабочей гипертрофии взрослого миокарда сопровождается увеличением размеров существующих КМЦ (Zak R., 1974) - их гипертрофией, то есть, происходит по типу внутриклеточной регенерации (Саркисов Д.С, 1970, 1977). Гипертрофию клеток Д.ССаркисов (1970, 1977) рассматривал как форму репаративной внутриклеточной регенерации, которая характеризуется увеличением клеточных размеров с компенсаторной гиперплазией ультраструктур и повышением функциональной активности этих клеток. Д.ССаркисов (1970) отмечал, что гипертрофия клеток может развиваться для компенсации функции утраченных соседних клеток или при гиперфункции органа. Гипертрофия КМЦ является основным выражением рабочей гипертрофии взрослого миокарда. Вместе с тем, значительное увеличение количества КМЦ (или их ядер) описано на поздней стадии гипертрофии миокарда, которую определяют превышением массой сердца «критической» величины 500 г (Linzbach A.J., 1960; Zak R., 1974), превышением массой свободной стенки ЛЖ «критической» величины 250 г (Astorri Е. et al., 1977) или переходом гипертрофированного сердца в стадию декомпенсации с развитием дилатации полости желудочка (Olivetti G. et al, 1994). Увеличение количества КМЦ в гипертрофированном миокарде сопровождается резким уменьшением их среднего диаметра и объема, а дальнейшее нарастание массы миокарда осуществляется за счет постепенного увеличения диаметра и объема уже возросшего количества КМЦ (Astorri Е. et al., 1977). Механизм увеличения количества КМЦ на поздней стадии гипертрофии миокарда не установлен. Вместе с тем, в последние годы появились данные о возможности пролиферации в миокарде стволовых клеток и их дифференцировки в сторону КМЦ, количество таких клеток в гипертрофированном миокарде при рабочей перегрузке резко повышается, в частности, у больных аортальным стенозом оно повышено более, чем в 13 раз (Urbanek К. et al., 2003).
Развитие рабочей гипертрофии взрослого миокарда происходит в связи с его гиперфункцией. В процессе компенсаторной гиперфункции взрослого миокарда выделены три стадии: 1) аварийная - кратковременная стадия дистрофии и активации синтетических процессов; 2) длительная стадия относительно устойчивой компенсаторной гиперфункции; 3) стадия развития кардиосклероза, постепенного истощения и декомпенсации миокарда (Меерсон Ф.З., 1960; 1965;MeersonF.Z, 1969).
При гистологическом изучении миокарда на первой - аварийной стадии гиперфункции в миокарде отмечают повреждение КМЦ по типу жировой и белковой дистрофии, активацию синтеза РНК и белка и увеличение размеров КМЦ. Переход миокарда в стадию относительно устойчивой компенсаторной гиперфункции характеризуется обратным развитием дистрофических изменений, замедлением и прекращением дальнейшего роста гипертрофированных КМЦ. На стадии компенсаторной гиперфункции суммарный объем сократительного материала в миокарде оказывается значительно повышенным по сравнению с нормой. На стадии декомпенсации в миокарде отмечают признаки дистрофии и атрофии мышечных волокон, а также прогрессирующий кардиосклероз (Меерсон Ф.З., 1965; Meerson F.Z., 1969).
V.J. Ferrans (1977) на основании выделенных стадий гиперфункции миокарда предложил различать три стадии развития гипертрофии миокарда, которые соответственно характеризуются: 1) увеличением энергопродукции и белковых синтезов, 2) стабильной гиперфункцией сердца, 3) постепенным исчерпанием белоксинтезирующей способности сердца, нарушением миофибрилл и атрофией клеток. Данные стадии автор называл ранней, стабильной и поздней стадиями гипертрофии миокарда (Ferrans V.J., 1984). VJ. Ferrans (1984) не включил дистрофические изменения миокарда в первую стадию развития его гипертрофии. Он отметил, что повреждение является не ранним проявлением гипертрофии миокарда, но результатом травматического действия фактора, вызывающего гипертрофию.
Структура кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло у больных первого года жизни (первая группа)
Ряд авторов причиной декомпенсации гипертрофированного сердца считают нарушение синтетических процессов в КМЦ на поздней стадии их гипертрофии. Эти авторы выделяют две формы сердечной недостаточности: альтеративную и пластическую, - развивающиеся, соответственно, в результате острого повреждения КМЦ или снижения биосинтеза белков (Целлариус Ю.Г. и соавт., 1977; Семенова Л.А. и соавт., 1985; Непомнящих Л.М., 1991). Изменения КМЦ с утратой миофибрилл могут происходить и в связи с усилением литических процессов при повреждении, и в связи с блокадой пластических процессов в клетке (Maron BJ. et al., 1975г; Целлариус Ю.Г., 1977). Лизис миофибрилл вследствие усиления литических процессов в КМЦ описывают при миоцитолизисе, который является одним из нескольких типов острого повреждения КМЦ с развитием альтеративной недостаточности миокарда. Миоцитолизис легко обратим, и поврежденная клетка может восстановить свою структуру в течение 1-2 суток благодаря внутриклеточной регенерации (Целлариус Ю.Г., 1977; Непомнящих Л.М., 1991). Утрата миофибрилл в КМЦ при пластической (Целлариус Ю.Г., 1977; Непомнящих Л.М., 1991) или регенераторно-пластической недостаточности миокарда (Непомнящих Л.М. и соавт., 2003; Лушникова Е.Л. и соавт., 2005) развивается в результате нарушения внутриклеточной регенерации КМЦ (Целлариус Ю.Г., 1977; Семенова Л.А. и соавт., 1985; Непомнящих Л.М., 1991; 2001), что, как считают авторы, происходит при некоторых видах врожденной патологии, голодании, острой перегрузке, при действии токсинов и ядов, нарушении коронарного кровообращения а также при декомпенсации сердца в результате длительной функциональной перегрузки (Целлариус Ю.Г., 1977; Непомнящих Л.М., 1991; 2001). Детальное изучение изменений ультраструктуры КМЦ при пластической недостаточности было выполнено на модели антрациклиновой кардиомиопатии (Семенова Л.А. и соавт., 1985; Непомнящих Л.М. и соавт., 2003; Лушникова Е.Л., и соавт., 2005). Ведущими ультраструктурными критериями регенераторно-пластической недостаточности КМЦ авторы назвали значительное повреждение ядрышек, нарастающий лизис миофиламентов и усиление процессов аутофагоцитоза (Семенова Л.А. и соавт., 1985, Непомнящих Л.М., 2001; Непомнящих Л.М. и соавт., 2003), а также расширение агранулярной саркоплазматической сети и межмембранного околоядерного пространства (Лушникова Е.Л. и соавт., 2004, 2005). Следует отметить однако, что, в отличие от указанных авторов, при обсуждении изменений белкового синтеза в гипертрофированных КМЦ с утратой миофибрилл некоторые исследователи подчеркивали не уменьшение синтетической активности этих клеток, но потерю ими контроля над сбалансированным синтезом субклеточных структур (Ferrans V.J., 1977).
Механизм развития так называемых дегенеративных изменений КМЦ с утратой миофибрилл на поздней стадии гипертрофии миокарда не установлен. В то же время, сам термин «дегенерация» КМЦ не однозначен. Обычно дегенеративными называют сильно выраженные дистрофические изменения КМЦ, сопровождающиеся повышенным накоплением в клетках различных форм лизосом, миелиновых телец, капель жира, гранул липофусцина, вакуолизацией или отеком цитоплазмы, набуханием митохондрий, деструкцией клеточных мембран (Knieriem H.-J., 1978; Maes A. et al., 1994; Hearse D.J., 1997; Ausma J. et al., 19972). Анализируя природу ультраструктурной перестройки гипертрофированных КМЦ, исследователи подчеркнули, что тип так называемой «дегенерации» гипертрофированных КМЦ с утратой миофибрилл четко отличается от истинного феномена дегенерации клеток. Гипертрофированные КМЦ с признаками утраты миофибрилл, как отметили авторы, сохраняли высокую жизнеспособность некоторых других структур, в частности, ядер и митохондрий (Maron B.J. et al., 1975ь Ferrans V.J., 1977; 1984; Maron BJ., Ferrans V.J., 1978). В некоторых исследованиях ультраструктуры гипертрофированного миокарда больных пороками аортального и/или митрального клапанов было отмечено, что в гипертрофированных КМЦ присутствуют не признаки дегенерации клеток, а, напротив, - признаки активного белкового синтеза и формирования новых миофибрилл, аналогичные тем, которые наблюдаются в эмбриогенезе человека (Scetersdal T.S.,et al., 1976; Myklebust R. et al., 1978). Признаки саркомерогенеза в гипертрофированных КМЦ, напоминающие черты нормально растущих КМЦ, были описаны и в эксперименте в сердцах с перегрузкой давлением (Legato M.J. et al., 1984). Регенераторные изменения: скопления рибосом и полирибосом по периферии истонченных миофибрилл, вновь образованные пучки миофибрилл, - были описаны также в КМЦ при пластической недостаточности миокарда (Непомнящих Л.М. и соавт., 2003).
На основании наблюдений активации аппарата Гольджи и мультипликации предсердных гранул в КМЦ при длительных механических перегрузках было высказано предположение о том, что ультраструктурные изменения в этих клетках развиваются как регрессия к фетальному типу (P.Y.Hatt, 1975). Независимо от этого исследования при изучении ультраструктуры гипертрофированных КМЦ больных врожденными пороками сердца Jones М. и Ferrans V.J. (1977) обратили внимание на то, что в так называемых дегенерирующих КМЦ проявляется структурное сходство с клетками проводящей системы сердца, которое, по мнению авторов, могло быть следствием клеточной дедифференцировки сократительных КМЦ (Jones M., Ferrans V.J. 1977). Менее дифференцированное состояние по сравнению с клетками взрослого здорового миокарда было предположено и для КМЦ больных идиопатическим гипертрофическим субаортальным стенозом, поскольку выраженная дезориентация миофибрилл и большое количество латеральных межклеточных соединений, типичные для этих клеток, как отметили авторы, характерны также для примитивных, не полностью дифференцированных КМЦ в онто- и филогенезе (Ferrans V.J. et al., 1972).
Представления о возможности дедифференцировки зрелых клеток интенсивно разрабатывались ранее рядом ученых (Хлопин Н.Г., 1946; Воронцова М.А., 1949; Лиознер Л.Д., 1962; Полежаев Л.В., 1965; Токин Б.П., 1970, Румянцев П.П., 1972), но в настоящее время после исследований Д.С.Саркисова они признаны несостоятельными (Саркисов Д.С., 1977). Д.С.Саркисов (1977) указывал, что авторы не дали четкого определения термина «дедифференцировка» клеток, а пользуются общими понятиями, такими как (Саркисов Д.С., 1977; стр. 148) «более или менее резко выраженное видимое упрощение или утрата структур» (Хлопин Н.Г., 1946), «омоложение» (Токин Б.П., 1970), приобретение клетками «как бы эмбриональных признаков» (Полежаев Л.В., 1965), «утрата клетками ряда их морфологических признаков» (Воронцова М.А., 1949), «утрата ряда признаков специализации» (Лиознер Л.Д., 1962). Д.С.Саркисов (1977, стр. 171) писал: «Авторам, отстаивающим представление о возможности «дедифференцировки» клеток..., необходимо прежде всего дать четкое определение этого понятия...». Само понятие «дедифференцировка» клеток Д.С.Саркисов (1977) считал не научным, так как оно, по его мнению, предполагает «обратное развитие» зрелых клеточных форм или «шаг назад» по линии их онтогенетического развития. Многие структурные изменения, описанные разными авторами как признаки клеточной дедифференцировки, Д.С.Саркисов (1977) расценивал проявлением дистрофии клеток или выражением их высокой функциональной активности, аргументируя это тем, что изучаемые клетки не теряли своей тканевой принадлежности, т.е. оставались специфически дифференцированными структурами.
Динамика изменения сократительного аппарата в кардиомиоцитах правого желудочка при тетраде Фалло в постнатальном онтогенезе
Характерной чертой КМЦ было наличие у них кроме типичных вставочных дисков, также латеральных и множественных вставочных дисков. Латеральные вставочные диски формировались на боковых поверхностях КМЦ в зонах латеральных контактов клеток (рис. 12, 13) и осуществляли прикрепление к сарколемме миофибрилл, лежащих непараллельно большинству других миофибрилл КМЦ и в целом - оси клетки. Множественные вставочные диски КМЦ (рис. 15) у больных ТФ данной группы имели длину 1 -10 саркомеров (ср. по группе 2,8±1,2). Была обнаружена обратная корреляция между длиной множественных вставочных дисков и конечно-диастолическим объемом ПЖ (L МВД - КДО ПЖ: г= - 0,50, р= 0,015).
Митохондрии в КМЦ располагались в околоядерном пространстве, под сарколеммой, между миофибриллами и в свободных от миофибрилл зонах саркоплазмы, где миофибриллогенез был еще не завершен. В свободных от миофибрилл зонах саркоплазмы митохондрии, как правило, образовывали неупорядоченные группы (рис. 17). Обычно эти митохондрии имели мелкие размеры, округлую или вытянутую, иногда изогнутую форму, тесно лежащие кристы и электронно-плотный матрикс. Их диаметр часто не превышал 0,3 мкм. Митохондрии, расположенные между миофибриллами, в ряде случаев демонстрировали свойства, типичные для митохондрий, лежащих в свободных от миофибрилл зонах саркоплазмы (рис. 13, 17), но нередко они имели несколько более крупные размеры и преобладающее расположение вдоль миофибрилл (рис. 4). Средний диаметр межмиофибриллярных митохондрий у разных больных варьировал от 0,26 до 0,60 мкм (ср. 0,41±0,09 мкм), удельная поверхностная плотность колебалась от 6,57 до 13,07 мкм2/мкм3 (ср. 8,66±1,40 мкм2/мкм3), численная плотность - от 0,55 до 1,44 мх/ мкм2 (ср. 1,05±0,26 мх/ мкм2), а объемная плотность - от 15,9 до 35,6% (ср. 24,8±6,9%). Соотношение объемных плотностей митохондрий и миофибрилл в КМЦ составляло 0,33 -0,84 (ср. 0,54±0,17) и имело сильную прямую корреляцию с объемной плотностью межмиофибриллярных митохондрий (мх/мф - VVMX: г= + 0,89, р 0,0001). Величина митохондриального индекса (по медианам) у разных больных колебалась от 3,5 до 5, при этом у 42,9% больных она превышала 4.
Состояние митохондрий оказалось тесно связанным с уровнем миофибриллогенеза в КМЦ. Завершение сборки миофибрилл, которое сопровождалось уменьшением зон саркоплазмы, свободных от миофибрилл, и повышением объемной плотности миофибрилл в КМЦ, происходило параллельно с перестройкой митохондрий. Отмечено увеличение диаметра межмиофибриллярных митохондрий (СбМф - (імх: г= - 0,61, р=0,026) и ослабление электронной плотности их матрикса с расхождением крист, что выражалось уменьшением их митохондриального индекса (СбМф - Имх: г= + 0,57, р=0,008; Уумф - Имх: г= - 0,51, р=0,024). При этом удельная поверхностная плотность межмиофибриллярных митохондрий уменьшалась (Уумф - SVMX: г= - 0,52, р=0,022; сІмх - SVMX: r= - 0,64, р=0,019; Имх - SVMX: r= + 0,50, р=0,028), объемная плотность - возрастала (СбМф - VVMX: Г= - 0,74, р=0,0003; ССМф - VVMX: Г= - 0,52, р=0,023; SVMX - VVMX: Г= - 0,49, р=0,031), а присутствие в КМЦ неупорядоченных скоплений мелких митохондрий становилось меньше (сІмх - МелкМх: г= - 0,65, р=0,022; Имх - МелкМх: г= + 0,62, р=0,004). Максимальные величины объемной плотности межмиофибриллярных митохондрий в КМЦ были зарегистрированы при наиболее высоких значениях численной плотности профилей межмиофибриллярных митохондрий (NMX/MKM - VVMX: r= + 0,57, р=0,010). Мы предполагаем, что выявленная трансформация митохондрий, которая происходила в непосредственной связи с образованием сократительного аппарата, заключалась в формировании специализированной для КМЦ популяции межмиофибриллярных митохондрий и может быть рассмотрена как процесс дифференцировки митохондрий в ходе дифференцировки КМЦ. По-видимому, исходные мелкие митохондрии, расположенные в свободной цитоплазме произвольными скоплениями, встраиваются между образующимися тяжами миофибрилл (рис. 17) и постепенно приобретают форму, размеры и локализацию, которые соответствуют ориентировке миофибрилл и размерам саркомеров (рис. 4). Согласно приведенным данным, в процессе дифференцировки межмиофибриллярных митохондрий их диаметр и объемная плотность увеличиваются, а удельная поверхностная плотность и митохондриальный индекс снижаются.
Формирование специализированной популяции межмиофибриллярных митохондрий в КМЦ ПЖ происходило менее интенсивно у больных с наиболее высоким градиентом давления между ПЖ и легочной артерией (АрПЖ-ЛА -VVMX: г= - 0,60, р=0,029) и наиболее низким насыщением артериальной крови кислородом (Sa02 - SVMX: r= - 0,77, р=0,0003). При этом у больных с наиболее низкими значениями насыщения артериальной крови кислородом для КМЦ ПЖ были более характерны скопления мелких недифференцированных митохондрий (БаОг - МелкМх: г= - 0,45, р=0,032). Выявленные корреляции свидетельствуют о торможении дифференцировки межмиофибриллярных митохондрий в КМЦ ПЖ у наиболее тяжелых больных ТФ первого года жизни, по-видимому, в связи с недостаточным обеспечением КМЦ кислородом.
Большинство больных (52%) содержали умеренное количество гликогена в КМЦ ПЖ, более четверти больных (29%) - значительное количество гликогена, у меньшей части больных (14%) содержание гликогена в КМЦ было низким, у единичных больных (5%) - крайне низким. Уровень гликогена прямо коррелировал с присутствием в КМЦ множественных вставочных дисков (Гл -МВД:г= + 0,55,р=0,010).
В КМЦ были выявлены ультраструктурные признаки, свидетельствующие об особенностях метаболизма гликогена. У половины больных (54%) в КМЦ были выявлены разного размера гликогеносомы. У некоторых больных (14%) в саркоплазме КМЦ наблюдали отложения а-гликогена, имевшие обратную корреляцию с наличием в клетках множественных вставочных дисков (МВД - а-Гл: г= - 0,50, р=0,032). В отдельных митохондриях КМЦ присутствовали гранулы гликогена. Отложения а-гликогена чаще регистрировали в КМЦ у больных с повышенным содержанием гемоглобина в крови (НЬ - сс-Гл: г= + 0,56, р=0,010), повышенным уровнем гематокрита (Ht - сс-Гл: r= + 0,51, р=0,021) и наиболее низким насыщением артериальной крови кислородом (SaC 2 - а-Гл: г= - 0,47, р=0,034). Гликогеносомы были наиболее характерны для КМЦ у больных с пониженным содержанием гемоглобина в крови (НЬ - ГлСомы: г= - 0,41, р=0,048) и наиболее высоким конечно-диастолическим объемом ПЖ (КДО -ГлСом: г= + 0,59, р=0,008).
У большинства больных (81%) в КМЦ ПЖ были встречены миелиновые тельца, расположенные одиночно или группами, размер которых и внутренняя структура варьировали. В ряде случаев в них выявлялись мембраны, напоминающие остатки крист, что позволяло предположить развитие части миелиновых телец из разрушенных митохондрий. В других случаях миелиновые тельца содержали гранулы гликогена, что дает основание предположить их родство с гликогеносомами. Миелиновые тельца были более характерны для КМЦ у больных с пониженным давлением в ПЖ (рПЖ -МиелТ: г= - 0,46, р=0,025) и с гипоксическими приступами в анамнезе (прист -МиелТ: г= + 0,46, р=0,028).
Ультраструктурная перестройка кардиомиоцитов правого желудочка при тетраде Фалло в процессе их гипертрофического роста
В КМЦ была хорошо выражена популяция межмиофибриллярных митохондрий (рис. 19, 23, 33). Средний диаметр межмиофибриллярных митохондрий составлял у разных больных 0,35 - 0,51 мкм (ср. 0,41±0,04 мкм), удельная поверхностная плотность - 7,05 - 9,75 мкм2/мкм3 (ср. 8,61 ±0,84 мкм2/мкм3), численная плотность - 0,97 - 1,53 мх/ мкм2 (ср. 1,19±0,16 мх/ мкм2), объемная плотность - 17,5 - 32,5% (ср. 27,9±3,7%). Соотношение объемных плотностей межмиофибриллярных митохондрий и миофибрилл составляло 0,38 - 0,78 (ср. 0,61 ±0,09) и демонстрировало сильную прямую корреляцию с объемной плотностью межмиофибриллярных митохондрий (мх/мф - VVMX: г= + 0,80, р=0,0002). Величина митохондриального индекса межмиофибриллярных митохондрий у разных больных (по медианам) колебалась от 3 до 5, у большинства больных (87,5%) она превышала «З», в том числе у 37,5% больных была выше «4». В некоторых КМЦ были выявлены причудливые профили единичных межмиофибриллярных митохондрий, свидетельствующие об их сложной форме (рис. 30, 31). У многих больных (62%) в межмиофибриллярных зонах КМЦ продолжали выявляться группы мелких митохондрий. Наличие скоплений мелких митохондрий снижалось в КМЦ параллельно увеличению объемной плотности специализированных межмиофибриллярных митохондрий (МелкМх - VVMX: г= - 0,59, р=0,033). Происходящая перестройка митохондрий сопровождалась уменьшением их удельной поверхностной плотности (VVMX - SVMX: г= - 0,72, р=0,002) и снижением митохондриального индекса (МелкМх - Имх: г= + 0,72, р=0,005). Она была менее выражена у больных с повышенной долей в миокарде КМЦ диаметром 20-30 мкм (20-30 - МелкМх: г= + 0,61, р=0,047; 20-30 - Имх: г= + 0,58, р=0,003), что, по-видимому, было связано с отставанием дифференцировки наиболее быстро растущих КМЦ. В отдельных КМЦ встречались единичные митохондрии с характерным ячеистым строением крист (рис. 33). У больных с высоким уровнем гематокрита диаметр межмиофибриллярных митохондрий достигал наибольших величин (dux - Ht: r= + 0,85,p=0,016).
Содержание гликогена в КМЦ было значительным (38% больных) или умеренным (31%), реже (19%) - низким. У нескольких больных (6%) оно было высоким или (6%) очень низким. Содержание гликогена в КМЦ уменьшалось по мере дифференцировки митохондрий (Гл - VVMX: г= - 0,59, р=0,035; Гл -SVMX: г= + 0,82, р=0,001; Гл - Мелк.мх: г=0,66, р=0,015) и оказалось пониженным у больных с наиболее высоким уровнем гемоглобина в крови (Гл -НЬ:г=-0,58,р=0,046).
У значительной части больных в КМЦ обнаружены гликогеносомы (43% больных) (рис. 20, 26) и миелиновые тельца (75% больных) (рис. 32). Присутствие миелиновых телец в КМЦ находилось в обратной корреляции с объемной плотностью миофибрилл (МиелТ - УуМф: г= - 0,53, р=0,043).
У 82% больных на электронно-микроскопическом уровне (рис. 22, 24, 32) и у 35% больных на световом уровне в КМЦ выявлены жировые капли, свидетельствующие о ранних стадиях мелкокапельной жировой дистрофии. Присутствие капелек жира в КМЦ было более характерно для больных с низким уровнем гликогена в КМЦ ( ЖД-свет - Гл: г= - 0,7268, р=0,016) и низкой удельной поверхностной плотностью митохондрий (ЖД-свет - SVMX: г= - 0,61, р=0,034), что согласуется с существующими представлениями о связи развития жировой дистрофии с особенностями энергетического метаболизма КМЦ. Была обнаружена прямая корреляция между ранними стадиями жировой дистрофии КМЦ и конечно-диастолическим объемом ПЖ у больных (ЖД-свет -КДО:г= + 0,74,р=0,022). У 94% больных при ультраструктурном анализе (рис. 18, 20) и у 40% больных на световом уровне в КМЦ выявлены немногочисленные, редко лежащие гранулы липофусцина. Наличие этих гранул обратно коррелировало с присутствием в КМЦ областей непараллельно расположенных миофибрилл (Лф-эл - НпМф: г= - 0,58, р=0,025).
Полученные результаты свидетельствуют, что у больных ТФ в возрасте 1 - 2 года диаметр КМЦ ПЖ находится на уровне, характерном для взрослого здорового человека. Гипоксемия оказывает тормозящее действие на дальнейший рост КМЦ, а также на их синтетическую активность. В КМЦ продолжаются процессы дифференцировки с формированием сократительного аппарата и специализированной популяции межмиофибриллярных митохондрий. Вместе с тем, в КМЦ происходит торможение миофибриллогенеза, коррелирующее с возрастом. Оно наиболее выражено у больных с особенно крупными КМЦ и проявляется задержкой дифференцировки крупных КМЦ с сохранением в них признаков малодифференцированных КМЦ.
Структура КМЦ ПЖ при ТФ у больных 2-3 лет (третья группа) У больных ТФ в возрасте 2-3 лет средний диаметр КМЦ ПЖ составлял 10,2±2,2 мкм - 21,3±6,4 мкм. Средний диаметр КМЦ по группе (13,5±2,4 мкм) достоверно превышал величину данного параметра взрослых здоровых людей (критерий Манна-Уитни: р=0,03). Основная часть клеток (73,1%) имела диаметр 10-20 мкм, у некоторой части клеток он был менее 10 мкм (19,1% КМЦ) встречались отдельные КМЦ с диаметром 20-30 мкм и 30-40 мкм. Рост КМЦ находился в прямой корреляции с давлением в ПЖ (корреляции показателей: табл. 14 - приложение) (d КМЦ - рПЖ: г= + 0,52, р=0,023; 10 -рПЖ: г= - 0,60, р=0,008; 30-40 - рПЖ: г= + 0,48, р=0,045), градиентом давления между ПЖ и легочной артерией ( 10 - АрПЖ-ЛА: г= - 0,58, р=0,038; 10-20 -ДрПЖ-ЛА: г= + 0,65, р=0,016), а также насыщением артериальной крови кислородом (20-30 - Sa02: r= + 0,51, р=0,032). По-видимому, гемодинамические особенности порока были связаны с активацией роста КМЦ, а гипоксемия - с его торможением.
