Содержание к диссертации
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Закладка и дифференциация клеточных элементов
сердца в онтогенезе 13
-
Миофибриоллогенез 17
-
Межклеточные контакты 23
-
Митохондрии 31
1.2 Формирование нейро-гуморальных механизмов
регуляции сердца 33
1.3. Морфо-физиологические особенности
сино-атриального узла зрелой особи 38
1.4. Влияние патогенных факторов на структурно- *
функциональные преобразования миокарда 44
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 52
' I
ГЛАВА 3. МОРФОГЕНЕЗ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР СИНО-АТРИАЛЬНОГО УЗЛА КУРИНОГО ЭМБРИОНА В ПРЕНАТАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ РАЗВИТИЯ
-
Особенности структуры миокарда в зоне формирования сино-атриального узла в начале кардиогенеза .... 60
-
Динамика развития клеточных структур сино-атриального узла 62
-
Динамика развития вставочных дисков
в пейсмекерных клетках сино-атриального узла 88
3.4. Развитие миофибриллярного аппарата
в истинных, латентных и пуркиньеподобных
клетках сино-атриального узла 99
3.5. Особенности строения и распределения митохондрий
в пейсмекерных клетках сино-атриального узла . . . .108
ГЛАВА 4. МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР СИНО-АТРИАЛЬНОГО УЗЛА СЕРДЦА ЦЫПЛЯТ В ПОСТНАТАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ РАЗВИТИЯ
4.1. Динамика структурных изменений
сино-атриального узла сердца цыпленка
в постэмбриональном периоде развития 114
-
Динамика изменений вставочных дисков 121
-
Миофибриллярный аппарат истинных, латентных и пуркиньеподобных клеток в различные сроки постнатального развития 127
4.4. Особенности строения и распределения митохондрий
в пейсмекерных клетках в различные сроки
постнатального развития *}. . 133
ГЛАВА 5.СТАНОВЛЕНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ РИТМОВРАЗОВАТЕЛЬНОИ ФУНКЦИИ СИНО-АТРИАЛЬНОГО УЗЛА В ЭМБРИОНАЛЬНОМ И ПОСТЭМБРИОНАЛЬНОМ ПЕРИОДАХ РАЗВИТИЯ .... 139
ВЫВОДЫ 164
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Ч . 168
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Одной из ключевых проблем в современной кардиологии является изучение ритмогенеза сердца. На протяжении более трех последних десятилетий фундаментальные исследования по изучению механизмов ритмообразовательной функции сино-атриального узла проводниковой системы сердца проводились рядом ученых (Полунин И.Н., 1973; 1987; 1997; 2000; 2006; Яхьяева Г.З., 1980; Викторов Г.И., 1981; Митрохина Н.М., 1986; Иванова Н.И., 1993; Сердюков В.Г., 1999; Улыбышева О.А., 2000; Наумова Л.И., 2002; 2006; Буданова В.А., 2005 и
Др-)1 -
Применялись комплексы различных современных методов исследования электронной микроскопии, морфометрии, одно- и многоканальной микроэлектродной техники и другие.
Изучалось межклеточное взаимодействие пейсмекерных клеток сино-атриального узла сердца различных животных с использованием электронной микроскопии и спаренных стеклянных микроэлектродов с регулируемым расстоянием между остриями, при этом учитывались размеры клеток и клеточных структур проводниковой системы сердца. Эксперименты выполнялись на сердцах хладнокровных и теплокровных животных (лягушках, морских свинках, кроликах, крысах, куриных эмбрионах и цыплятах различных возрастов), В качестве воздействия использовались патогенетические факторы, изменяющие структуру и проницаемость контактных мембран, в частности, применялись гипотермия, гипертонический раствор сахарозы, гипоксия, аг- 1 сотрудники кафедры нормальной физиологии Астраханской государственной медицинской академии ликемия, сочетанное воздействие гипоксии и агликемии, воздействие дифтерийного токсина, сероводородсодержащего газа. Известно, что эти факторы нарушают не только структуру межклеточных контактов, но и структуру самих клеток (Полунин И., Баядарес А., Кабрера А. 1973; Полунин И.Н., 1987; Наумова Л.И., 2002; Митрохина Н.М., 1986; Иванова Н.И., 2004; Буданова В.А., 2005).
Изучение закономерностей созревания и морфо-функционального становления ритмообразовательнои функции сино-атриального узла, как основного водителя ритма сердца является актуальной проблемой кардиологии.
Эта проблема является важной не только с теоретической точки зрения, но имеет важное практическое значение. Отмечается ежегодный рост числа детей с врожденными пороками сердца, метаболическими нарушениями в миокарде, нарушениями сердечного ритма, кардиомиопатиями и является причиной более 55% случаев смерти (Тихонов К.Б., 1990; Кикнадзе Г.И. с соавт., 1996) . В связи с этим, для понимания природы кардиологической патологии чрезвычайно важной является любая информация о структурных и функциональных изменениях в сердце.
Особое внимание уделяется исследованию морфо-функциона-льных особенностей сино-атриального узла, являющегося основным водителем частоты и ритма сердечных сокращений, нарушение функции которого часто наблюдается в клинической практике. Так по данным научных исследований в лаборатории АГМА под руководством профессора И.Н.Полунина с 1970 года по настоящее время проведенные исследования Г.3.Яхьяевой, Г.И.Викторовым, Н.М.Митрохиной, Н.И.Ивановой, В.Г.Сердюко- вым, О.А.Улыбышевой, Л.И.Наумовой и др. было установлено, что в основе деятельности сино-атриального узла сердца лежат механизмы межклеточного и межкластерного взаимодействия.
В результате проведенных многочисленных экспериментов на изолированном сино-атриальном узле сердца различных животных с использованием комплекса выше перечисленных методов и факторов патогенетического воздействия было установлено, что функциональными единицами сино-атриального узла являются клеточные группировки - кластеры, покрытые единой базальной мембраной, размеры которых, например, в сино-атриальном узле сердца кролика, в поперечнике не превышают 100 мкм. Кластеры разделены пространством не менее'200 мкм, заполненным соединительнотканными элементами, капиллярами, нервным волокнами, тканевой жидкостью.
Учитывая эти особенности структуры сино-атриального узла, были разработаны соответствующие методические и методологические подходы к проведению комплексных морфофункцио-нальных исследований физиологических механизмов, определяющих функционирование сино-атриального узла и других структур проводниковой системы сердца. Применялись и другие комплексы морфологических и физиологических методов, позволившие изучить не только структурные особенности сино-атриального узла, но и вскрыть физиологические механизмы его функционирования. К ним относятся электротонический механизм межклеточного взаимодействия, взаимодействие по механизму метаболической межклеточной кооперации пеисмекерных клеток и электростимуляционный механизм взаимодействия пейсмекерных образований интегральными кластерными разрядами.
Установлено, что эти механизмы обеспечивают диастоличе-ское и систолическое взаимодействие сино-атриальных клеток, синхронизацию биоэлектрической активности однокластерных клеток и образование интегральных биоэлектрических разрядов кластеров, лежащих в основе ритмогенеза сино-атриального узла, как основного водителя ритма сердца. Морфологическим субстратом, посредством которого взаимодействуют гетерогенные пейсмекерные клетки сино-атриального узла, являются высокопроницаемые контактные мембраны, входящие в структуры вставочных дисков.
На современном этапе фундаментальных исследований гене-за ритмообразовательной функции сердца одной из важнейших проблем является определение закономерностей и сроков созревания пейсмекерных клеток, вставочных дисков, проявление механизмов синхронизации авторитмической активности гетерогенных пейсмекерных клеток и функциональных единиц центров автоматии сердца в онтогенезе.
Цель исследования
В связи с этим целью настоящего исследования явилось изучение дифференцировки и сроков созревания клеточных структур сино-атриального узла сердца; определение закономерностей формирования механизмов синхронизации авторитмической активности гетерогенных пейсмекерных клеток, лежащих в основе ритмообразовательной функции сино-атриального узла, как основного водителя ритма сердца в онтогенезе.
Задачи исследования
Для реализации указанной цели решались следующие задачи:
1. Исследовать ультраструктурные особенности внутриклеточных образований сино-атриального узла сердца в эмбриональном и постэмбриональном периодах. 2.Изучить динамику формирования функциональных единиц (кластеров) и межклеточных контактов, лежащих в основе физиологических механизмов межклеточного взаимодействия сино-атриальных клеток. 3. Сопоставить степень созревания внутриклеточных структур и полноты проявления авторитмической активности различных пейсмекерных клеток. 4.Определить значение компонентов вставочных дисков в проявлении механизмов синхронизации авторитмической активности гетерогенных пейсмекерных клеток и генерации интегральных биоэлектрических разрядов кластеров сино-атриального узла в эмбриогенезе. Положения, выносимые на защиту
Закономерности созревания клеток сино-атриального узла, обеспечивающие динамику поступательного развития клеточных структур, вставочных дисков, разграничивающих структурно и объединяющих функционально посредством возникновения различных механизмов межклеточной синхронизации биоэлектрической активности гетерогенных пейсмекерных клеток.
В процессе ускоренного кардиогенеза сино-атриальный узел претерпевает преобразования от кардиобластических до специализированных истинных, латентных и пуркиньеподобных клеток с одновременно усложняющимися элементами вставочных дисков. Возникновение функциональной неоднородностиг обусловленной увеличением объемной доли миофибриллярного аппарата в латентных и пуркиньеподобных клетках сопровождается снижением степени автоматии последних.
Во второй половине эмбрионального кардиогенеза сино-атриальный узел представлен кластерами, характеризующимися различной степенью фенотипической дифференцировки. Электротонический механизм взаимодействия и метаболическая кооперация однокластерных клеток проявляются с момента формирования высокопроницаемых контактных мембран вставочных дисков {нексусов).
К концу эмбрионального кардиогенеза завершается диффе-ренцировка клеточных структур и формирование механизмов синхронизации авторитмической активности внутрикластерных и разнокластерных пеисмекерных клеток. Образование клеточных группировок со строго синхронной биоэлектрической активностью за счет электротонического взаимодействия и метаболической кооперации через высокопроницаемые контактные мембраны вставочных дисков обусловливает появление интегральных электрических разрядов, посредством которых функционально объединяются все клеточные совокупности пеисмекерных клеток сино-атриального узла в единое образование - центр автоматии сердца первого порядка.
В постнатальном периоде в процессе морфо-функциональной дифференцировки клеточных структур пейсмекерные клетки сино-атриального узла претерпевают изменения за счет увеличения объемной доли миофибрилл и митохондрий в латентных и пуркиньеподобных клетках. Оптимизируется ритмообразователь-ная функция сино-атриального узла путем включения гумораль- ной и нервно-рефлекторной регуляции в соответствии с изменяющимися потребностями организма.
Научная новизна исследования
В результате проведенного комплексного морфо-функциона-льного исследования выявлены основные закономерности дифференциации пейсмекерных клеток и вставочных дисков. Дана характеристика динамики созревания клеточных структур, описаны сроки проявления раличных механизмов синхронизации авторитмической активности пейсмекерных клеток как основы ритмогенеза сино-атриального узла сердца. Выявлена обратная зависимость выраженности автоматии пейсмекерных клеток от степени наполнения их миофибриллами.
Эмбриональный период развития сердца куриного эмбриона характеризуется четким морфо-функциональным параллелизмом: по мере увеличения структурной гетерогенности в сино-атриальном узле проявляются механизмы синхронизации авторитмической активности пейсмекерных клеток, увеличивающие функциональную устойчивость сино-атриального узла - основного центра ритмогенеза сердца.
В постнатальном периоде процессы морфо-функциональной дифференцировки клеточных структур сино-атриального узла претерпевают изменения за счет увеличения объемной доли миофибрилл и митохондрий, уменьшения объемной доли ядер и цитоплазмы. Оптимизируется ритмообразовательная функция сино-атриального узла за счет гуморальных и нервно-рефлекторных механизмов регуляции.
Научно-практическая значимость работы
В работе показано опережающее развитие клеточных структур сердечно-сосудистой системы и становление ритмообразо- вательной функции сино-атриального узла в эмбриональном периоде .
Выявлены основные закономерности созревания структур, обеспечивающие появление механизмов межклеточного взаимодействия гетерогенных пейсмекерных клеток, обладающих различной степенью автоматии. Морфологическую основу механизмов, обусловливающих синхронизацию авторитмической активности гетерогенных пейсмекерных клеток, составляют высокопроницаемые контактные мембраны вставочных дисков. Вставочные диски разграничивают клетки между собой и, одновременно, посредством высокопроницаемых контактных мембран синхронизируют их авторитмическую активность, превращая, таким образом, клеточные структуры сино-атриального узла в единую функциональную систему - центр автоматии проводниковой системы сердца первого порядка.
В работе фактически создано принципиально новое представление о физиологии основного водителя ритма сердца. Оно может лечь в основу понимания патофизиологии возникновения сердечных аритмий и в разработку патогенетических методов лечения.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались: на международной конференции «Структурные преобразования органов и тканей на этапах онтогенеза в норме и при воздействии антропогенных факторов», Астрахань, 2000; на научно-практической конференции посвященной памяти профессора В.Б.Сучкова «Структурные преобразования органов и тканей в норме и при воздействии антропогенных факторов», Астрахань, 2004; на третьей Астраханской научно-практической конференции «Лекарство и здоровье человека»,
Астрахань, 2004; на V общероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов, Казань, 2004; на международной конференции «Физиология развития человека», посвященной 60-летию Института возрастной физиологии РАО, Москва, 2004; на XIX съезде физиологического общества имени И.П.Павлова, Екатеринбург, 2004; на научно-практической конференции «К 80-летию профессора П.Ф. Степанова», Смоленская гос. мед. академия, Смоленск, 2004; на 4-ой Всероссийской конференции «Бабухинские чтения в Орле», Москва, 2005; на I съезде физиологов СНГ, Сочи, 2005; на межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кардиологии детей и взрослых», Астрахань, 2006; на международной научно-практической конференции «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины», Астрахань, 2006; на объединенной конференции кафедр нормальной физиологии, анатомии человека, гистологии, биологии, патологической физиологии Астраханской государственной медицинской академии, Астрахань, 2006.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 научных работы, в том числе монография.
Структура работы. Диссертация содержит введение, 5 глав, включающих литературный обзор, описание материалов и методов исследования, изложение результатов собственных исследований, обсуждение полученных результатов, выводы и указатель используемой литературы. Диссертация изложена на 210 страницах, иллюстрирована 11 таблицами и 73 рисунками. Список литературы включает 147 отечественных и 185 иностранных источников.
