Введение к работе
Актуальность проблемы
Развитие и регенерация миокарда представляют интерес для представителей различных специальностей, включая цитологов, гистологов, анатомов, физиологов, молекулярных биологов, поскольку изучение процессов пролиферации и гибели клеток сердца, дистрофических и фиброзных изменений миокарда актуально для решения проблем восстановительных процессов в медицине и биологии (Epstein J.A, Buck C.A.; Rothenberg B.M., Korn A., 2005), в том числе и в быстро развивающейся фетальной кардиохирургии (Huhta J. et al., 2004; Pavlovic M. et al., 2008).
Восстановление органов в пренатальном периоде сравнительно мало изучено. Между тем изучение механизмов, обеспечивающих полноценное заживление ран, поможет подойти к решению проблемы безрубцового заживления в клинике и обосновать патогенетическое лечение фиброзно-пролиферативных процессов, в частности при сердечно-сосудистых заболеваниях, являющихся ведущей причиной заболеваемости и смертности (Colwell et al., 2003; Wynn T., 2007) .
Несмотря на то, что регенерация миокарда изучается уже более ста лет, до настоящего времени нет данных, дающих полное представление о соотношении в регенерационном процессе пролиферации кардиомиоцитов и замещении очага повреждения рубцовой тканью. Динамика и исход репаративных процессов в миокарде обусловлены изменениями соотношений основных компонентов очага некроза: собственно некротизированной ткани, воспалительного инфильтрата, рубцующейся ткани и новообразованных кардиомиоцитов. Мышечный и соединительнотканный компоненты миокарда в зависимости от возраста животного вносят разный вклад в его репарацию. Так, при повреждении сердца 1—30-суточных крыс было установлено, что чем старше животное, тем меньше митотическая активность кардиомиоцитов вблизи области повреждения и интенсивнее реакция соединительной ткани — инфильтрация, образование рубца. У взрослых млекопитающих повреждение заживает рубцом, новообразование мышечной ткани практически отсутствует (Большакова Г.Б., 1980). Таким образом, возможность вызвать активную пролиферацию кардиомиоцитов выше в пренатальном периоде, когда они еще не утратили способности к пролиферации, и их пролиферативный пул еще велик: в компактном миокарде желудочков 15-дневного плода крысы он составляет 70—80% (Румянцев П.П., 1982).
Сведения о репарации миокарда плодов млекопитающих немногочисленны. И. И. Малышев (1986) свидетельствовал о возможности заполнения дефекта миокарда 20—24-суточных плодов кроликов новообразованной мышечной тканью. Данные о существовании очагов некроза и/или рубцевания миокарда у плодов и недоношенных детей (Валькович Э.И. и др., 1986; Kamath M.V. et al., 1986), частота возникновения которых достигает 43% среди мертворожденных недоношенных и умерших в течение первого месяца жизни детей (De Sa D.J., 1979) и 25% у недоношенных детей, страдающих от эпизодов гипоксии (Kamath M.V. et al., 1986), вынуждают к осторожности в суждении о регенерационной способности миокарда. Сердца поздних плодов крыс в органной культуре также не были способны к полноценному заживлению (Blewett C.J. et al., 1997). В целом можно утверждать, что полные доказательные данные о регенерационной способности миокарда в эмбриональном периоде отсутствуют.
Для более обоснованных суждений о репаративной способности миокарда и понимания динамических взаимодействий клеток сердца необходимо использование воспроизводимой экспериментальной модели с соблюдением стандартных условий повреждения и с объективной количественной оценкой изменений. Высокие технологии и последние достижения компьютерной техники дают возможность дать репрезентативную, статистически обоснованную характеристику морфологических процессов, сопровождающих повреждение и последующую регенерацию.
Цель исследования – охарактеризовать морфогенез восстановления миокарда, поврежденного в пренатальном онтогенезе, и оценить вклад в репарацию его мышечного и соединительнотканного компонентов.
Задачи:
-
Изучить репарацию миокарда крыс после повреждения, нанесенного в пренатальном онтогенезе.
-
Разработать воспроизводимую модель повреждения сердца в фетальном периоде и методические основы исследования регенерационных процессов миокарда.
-
Провести исследование основных морфологических компонентов области повреждения и выявить особенности их взаимосвязей, определяющие исход репарации на разных этапах онтогенеза.
-
Дать характеристику немышечных клеток сердца в пренатальном периоде на модели травматического повреждения миокарда.
-
Оценить пролиферацию кардиомиоцитов левого желудочка после повреждения (травма сердца у плодов и взрослых крыс).
-
Исследовать происхождение клеток Аничкова и их участие в репарации миокарда.
-
Оценить степень зрелости миокардиального рубца после фетальной травмы.
Научная новизна
Разработана оригинальная воспроизводимая модель механической травмы левого желудочка сердца, наносимой в пренатальном онтогенезе, при которой область повреждения локализуется в верхней трети левого желудочка и занимает около 20% объема миокарда.
На основе количественного морфологического исследования миокарда крыс, поврежденного в различные сроки пренатального онтогенеза, впервые показано, что у плодов способность к восстановлению миокарда ниже, чем у взрослых животных.
Оценка динамики изменений основных компонентов области повреждения в фетальном миокарде показала, что ее характерной особенностью является длительное сохранение некротизированной ткани и расширение области повреждения за счет пересокращенных кардиомиоцитов перинекротической области.
С помощью электронно-микроскопического и иммуногистохимического методов впервые описана динамика изменений немышечных клеток сердца плода крыс в норме и после повреждения. На протяжении нормального пренатального онтогенеза немышечные клетки представлены в основном эндотелиоцитами. После травмы, нанесенной плодам крыс, воспалительная реакция слабо выражена и представлена малодифференцированными клетками. Вплоть до 10 суток после операции происходит увеличение доли фибробластов. Макрофагальная инфильтрация, усиливающаяся на 5-е сутки после операции и идущая на убыль к 10-м суткам, вновь возрастает на 30-е сутки.
Исследование пролиферации кардиомиоцитов левого желудочка сердца плодов показало, что возрастание индекса патологических митозов (метафаз и анафаз) и увеличение процентной доли метафаз соответствует прогрессирующему снижению пролиферативной способности кардиомиоцитов. Травма миокарда, нанесенная в фетальный период, стимулирует митотическую активность только желудочковых кардиомиоцитов, отдаленных от места повреждения, и только на десятые сутки после ее нанесения. Судя по снижению индекса патологических митозов и уменьшению доли метафаз в этой группе, стимуляция является истинной. Тем не менее пролиферация кардиомиоцитов не вносит существенного вклада в репарацию миокарда плодов.
С помощью методов авторадиографии установлено, что конфигурацию хроматина, характерную для клеток Аничкова, через 20 часов после митоза могут приобретать ядра различных типов клеток, независимо от их тканевой принадлежности и участия в процессах репарации.
Выявлено, что эндотелиоциты сердца плода принимают участие в элиминации поврежденной ткани, отграничивая погибшие клетки.
Соединительная ткань рубца после фетальной травмы состоит из более тонких, чем у взрослых, и менее упорядоченно расположенных коллагеновых волокон, что свидетельствует о его меньшей зрелости.
Научно-практическая значимость
Результаты проведенного исследования теоретически обосновывают возможность разработки новых методов стимуляции кардиомиоцитов, а также модуляции развития соединительной ткани и фиброзирования в миокарде в норме и при патологии.
Данные о возрастных закономерностях репарации миокарда следует учитывать при обосновании хирургических операций на сердце в том или ином возрасте.
Экспериментальный материал, полученный при проведении данного исследования, может быть использован в процессе преподавания в вузах медицинского и биологического профиля по специальностям гистология, эмбриология, анатомия и патологическая анатомия.
Оригинальная модель повреждения сердца в пренатальном возрасте может быть использована в научно-исследовательских разработках.
Основные положения, выносимые на защиту
Способность сердца плода крыс к репарации слабее, чем у взрослых особей.
Для заживления повреждения, нанесенного в пренатальном периоде, характерно длительное персистирование некротических масс и расширение области повреждения за счет перинекротических пересокращенных кардиомиоцитов.
Немышечные клетки сердца плода крыс представлены в основном эндотелиоцитами. Воспалительный инфильтрат миокарда в пренатальном онтогенезе состоит из малодифференцированных клеток, не способных к полному удалению некротизированной ткани и развитию полноценной воспалительной реакции.
После травмы миокарда, нанесенной в пренатальном периоде, митотическая активность кардиомиоцитов левого желудочка превышает контрольные показатели только на десятые сутки после ее нанесения вдали от места повреждения.
Высокая пролиферативная способность фетальных кардиомиоцитов не способна обеспечить полноценное восстановление миокарда, поврежденного в пренатальном периоде.
Характерная для клеток Аничкова конфигурация хроматина появляется в ядрах клеток различной тканевой принадлежности через 20 часов после митоза.
После повреждения фетального миокарда рубец, в отличие от рубца взрослых животных, представлен более тонкими и менее упорядоченными коллагеновыми волокнами, характеризующими незрелость новообразованной соединительной ткани.
Внедрение
Результаты исследования по репарации фетального миокарда используются при чтении лекций и проведении практических занятий на кафедре клеточной биологии и гистологии биологического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова и кафедре гистологии, цитологии и эмбриологии Московского государственного медико-стоматологического университета.
Степень личного вклада автора в результаты исследования
