Автореферат и диссертация по медицине (14.00.23) на тему:Гисто-стереологический и ультраструктурный анализ гипертрофии миокарда у крыс Wistar, SHR и W/SSM

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РЕГИОНАЛЬНОЙ ПАТОЛОГИИ И ПАТОМОРФОЛОГИИ

На правах рукописи

РГБ ОД

ПОСТНИКОВА 1 3 СЕН ESS Ольга Алексеевна

ГИСТО-СТЕРЕОЛОГИЧЕСКИЙ И УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ГИПЕРТРОФИИ МИОКАРДА У КРЫС WISTAR, SHR И W/SSM

14.00.23 — гистология, цитология, эмбриология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

НОВОСИБИРСК 1999

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте региональной патологии и патоморфологии Сибирского отделения РАМН (Новосибирск) и Новосибирском медицинском институте МЗ РФ

Научные руководители: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор медицинских наук, профессор Л.М.НЕПОМНЯЩИХ Доктор биологических наук, профессор ЕЛЛУШНИКОВА

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук Ю.В.ТОРНУЕВ Кандидат биологических наук В.Г.ЦИММЕРМАН

Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН

Защита диссертации состоится "_"_ 1999 г.

в _ часов на заседании Диссертационного совета

Д 001.40.01 в НИИ региональной патологии и патоморфологии СО РАМН по адресу: 630117, Новосибирск, ул. Академика Тимакова, 2; тел. 8 (3832) 32-31-56, факс 8 (3832) 33-48-45.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-медицинской библиотеке НИИ региональной патологии и патоморфологии СО РАМН.

Автореферат диссертации разослан "_"_1999 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 001.40.01 доктор биологических наук,

профессор Е.Л. ЛУШНИКОВА

ПЮ. rbo.fl -Д о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Длительное повышение функциональной нагрузки на сердце неизменно вызывает его гипертрофию — сложную компенсаторно-приспособительную реакцию, в ходе которой происходит ряд существенных структурно-функциональных перестроек [Волкова О.В., Пекарский М.И., 1976; Авцын А.П., Шахламов В.А., 1979; Румянцев П.П., 1982; Фролов В.А., Дроздова Г.А., 1982; Непомнящих Л.М., Лушникова Е.Л., 1985; Непомнящих Л.М., 1991; Лушникова Е.Л., 1993]. Распространенность этого феномена, его значение в исходе многих патологических состояний постоянно привлекают внимание исследователей, которые концентрируют свои усилия преимущественно на решении таких вопросов, как соотношение гипертрофических и гиперпластических процессов при развитии гипертрофии, особенности регенераторных процессов в гипертрофированном миокарде.

Будучи целесообразным, биологически направленным процессом, компенсаторная гипертрофия миокарда на определенном этапе своего развития переходит в свою противоположность — декомпенсацию, при которой сохраняются морфологические признаки гипертрофии. Понимание структурных основ гипертрофии сердца во многом облегчает решение вопроса о критериях морфо-функциональ-ного состояния гипертрофированного миокарда, а также помогает выяснению закономерностей формирования компенсаторно-приспособительных реакций при развитии общих патологических процессов.

В настоящее время в связи с развитием молекулярной кардиологии [Чазов Е.И., 1975, 1982; Чазов Е.И. и др., 1976; Смирнов В.Н., Нестайко Г.В., 1982] в центре внимания большинства исследователей находятся электронно-микроскопические изменения гипертрофированных кардиомиоцитов [Апуегеа & а1., 1975; БаМа е1 а1., 1975;

Dowell et al., 1976; Hatt et al., 1979; Genovese et al., 1980; Lenz, Stoepel, 1980; Pfeifer, 1982; Simpson et al., 1982; Singh et al., 1982]. Однако в развитии гипертрофии миокарда немаловажное значение играют элементы стромы, что выдвигает задачу более детального изучения характера изменений микроциркуляторного русла и компонентов соединительной ткани, паренхиматозно-стромальных взаимоотношений в целом и взаимоотношений структурных компонентов стромы с сердечными миоцитами.

Понимание механизмов формирования компенсаторно-приспособительного ответа на клеточном уровне зависит также и от выяснения вопроса о регенераторных возможностях миокарда. Ведущим здесь является положение о внутриклеточной регенерации сердечных миоцитов [Сар-кисов Д.С., 1977], которая создает основу для гипертрофии мышечных клеток сердца. Несмотря на большие усилия, предпринятые в этой области, все еще мало известно о последовательности изменений внутриклеточных структур и о характере их взаимодействий при гипертрофии сердца.

Для выяснения многих вопросов, возникающих при исследовании гипертрофии миокарда, в последнее время все чаще применяются количественные морфологические методы [Целлариус Ю.Г., Ерисковская Н.К., 1979; Бродский В.Я., Урываева И.В., 1981; Непомнящих Л.М., 1991; Anversa et al., 1979; Kainulainen et al., 1979; Olivetti et al., 1979; Schwarz et al., 1980; Julian, 1981; Dammrich, Pfeifer, 1983; Tanase et al., 1982; Clubb, Bishop, 1984; Rakusan et al., 1984]. Морфометрические и стереологические методы не только объективизируют морфологическое исследование, но и позволяют получить принципиально новые данные о пространственной организации структур.

Однако в работах по гипертрофии миокарда чаще всего дается морфометрическая и стереологическая характеристика кардиомиоцита и, как правило, двух его органелл — миофибрилл и митохондрий, которые искусственно выч-

леняются из системы сложных тканевых и внутриклеточных взаимодействий. Практически отсутствуют исследования, в которых с помощью количественных методов прослежена динамика структурно-функциональных изменений основных органелл гипертрофированных кардиомио-цитов у разных линий животных.

Цель и задачи исследования. Цель работы — изучить общие закономерности и особенности развития гипертрофии миокарда у крыс разных линий с оценкой паренхи-матозно-стромальных и внутриклеточных взаимодействий.

Для достижения этой цели предполагалось исследовать тканевую и внутриклеточную организацию миокарда с помощью количественных морфологических методов. Конкретно эти задачи сводились к следующему:

1. Изучить структурные основы гипертрфоии миокарда у крыс Wistar в процессе геронтогенеза;

2. Исследовать миокард крыс линии SHR со спонтанной генетической гипертензией;

3. Исследовать миокард нормотензивных крыс линии W/SSM с генетически детерминированной гипертрофией сердца;

4. Провести сравнительное морфологическое, морфо-метрическое и стереологическое изучение гипертрофированного миокарда различного генеза на тканевом и ультраструктурном уровнях в аспекте компенсаторно-приспособительных реакций.

Научная новизна. Впервые с помощью комплексного морфологического анализа (светооптическое, электронно-микроскопическое изучение с использованием морфомет-рических и стереологических методов) проведено изучение развития гипертрофии миокарда различного генеза у крыс разных линий. Полученные данные развивают концепцию паренхиматозно-стромальных взаимодействий в органе при развитии общебиологического процесса.

Показана структурная реорганизация паренхимы и сгро-

мы в ходе гипертрофии миокарда. Отмечена тенденция к большему увеличению объема стромальных элементов по сравнению с паренхиматозными. При этом относительный объем клеток, волокон и основного вещества интерстици-альной соединительной ткани возрастает, а объемная и поверхностная плотность микроциркуляторного русла уменьшается. Это приводит к изменению количественных взаимоотношений кардиомиоцитов и элементов стромы. Наиболее информативными показателями структурно-функционального состояния гипертрофированного миокарда являются объемное и поверхностно-объемное отношения капилляров к кардиомиоцитам.

Одновременно с тканевой перестройкой развиваются изменения в тонкой структуре кардиомиоцитов, направленные на преимущественное увеличение массы миофиб-рилл — как структуры, ответственной за выполнение основной функции клетки. Во всех экспериментальных моделях гипертрофии сердца обнаружено уменьшение отношения суммарного объема митохондрий, агранулярной саркоплазматической сети и Т-сисгемы к объему миофиб-рилл. Последний показатель определяет структурно-функциональное состояние гипертрофированных кардиомиоцитов. На основании проведенного исследования выделены общие и специфические черты структурно-пространственной реорганизации гипертрофированного миокарда.

Практическая и теоретическая значимость. Полученные в работе данные о морфо-функциональных изменениях паренхимы и стромы миокарда при развитии гипертрофии сердца различного генеза имеют теоретическое и практическое значение. Оценка с помощью количественных методов паренхиматозно-стромальных взаимодействий в динамике развития гипертрофии миокарда способствует пониманию механизмов, лежащих в основе декомпенсации сердца, и решению вопроса об обратимости гипертрофии миокарда.

С учетом более полных данных об ультраструктурных

перестройках в клетках, обеспечивающих основную, нагнетательную, функцию сердца, становится возможной более конкретная разработка морфологического раздела проблемы сократительной недостаточности миокарда.

Использованные методы анализа и результаты, полученные с помощью этих методов, могут быть применены в диагностических и прогностических целях при оценке гипертрофических состояний миокарда.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на региональной конференции «Актуальные проблемы клинической кардиологии» (Томск, 1990), 2-м Международном симпозиуме по проблемам саногенного и патогенного эффектов экологического воздействия на внутреннюю среду организма (Чолпон-Ата, 1995), итоговой научной сессии, посвящ. 5-летию создания НИИ региональной патологии и патоморфологии СО РАМН (Новосибирск, 1997), межлабораторной научной конференции НИИ региональной патологии и патоморфологии СО РАМН (Новосибирск, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем и структура диссертации. Содержание диссертации изложено на 110 страницах машинописного текста. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (1 глава), характеристики материала и методов исследования (1 глава), собственных исследований (3 главы), обсуждения полученных результатов (1 глава), выводов и списка литературы (250 источников). Диссертация иллюстрирована 12 таблицами и 29 рисунками.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Общая характеристика исследуемого материала. Всего в работе использовано 186 крыс-самцов линии Wistar, SHR и W/SSM. Гипертрофию миокарда изучали в трех экспери-

ментальных моделях.

1. Процесс геронтогенеза у крыс линии Wistar. В эту группу взято 106 животных, находившихся в фазах прогрессивного (4 мес), стабильного (11 мес) и регрессивного (20 — 37 мес) роста. В фазе регрессивного роста (в возрасте 20 мес) средняя масса тела животных уменьшалась на 43% по отношению к максимальной массе (430 г).

2. Генетически обусловленная артериальная гипертензия у инбредных крыс линии SHR. Исследовано 40 крыс этой линии в возрасте 1, 4 и 11 мес. Для контроля взяты нормо-тензивные половозрелые крысы линии Wistar.

3. Генетически детерминированная энзимопатическая кардиомиопатия у крыс линии W/SSM. Для получения этой модели с соответствующими характеристиками гипертрофии миокарда в Институте цитологии и генетики СО РАН создана нормотензивная линия крыс W/SSM путем инбридинга крыс Wistar, селекционированных по признаку повышенной чувствительности к повреждающему действию галактозы [Салганик Р.И. и др., 1982]. Работа выполнена на 40 крысах-самцах линии W/SSM молодого возраста (3 мес) и взрослых (10 мес). Для контроля взяты нормотен-зивные половозрелые крысы линии Wistar.

Методы светооптического и электронно-микроскопического исследования. После выведения животных из опыта вскрывали брюшную и грудную полости и производили макроскопическую оценку внутренних органов. Сердце после остановки сердцебиения взвешивали, вычисляли его относительную массу. Образцы ткани левых папиллярных мышц и левого желудочка помещали в 4%-ный раствор параформальдегида. Обе половинки сердца фиксировали в 10%-ном нейтральном формалине. Парафиновые срезы окрашивали гематоксилином и эозином с постановкой реакции Перлса, по методу ван Гизона с докраской эластических волокон; ставили PAS-реакцию с соответствующими контролями, а также в модификации В.А.Самсонова (1973).

Для выявления состояния миофибрилл в кардиомиоцитах использовали метод поляризационной микроскопии. Для этой цели применяли универсальный микроскоп Docuval. В поляризованном свете исследовали окрашенные гематоксилином и эозином срезы.

Для электронно-микроскопического исследования образцы левых папиллярных мышц и левого желудочка через 30 мин после их погружения в фиксатор нарезали на мелкие кусочки, стараясь сохранить ориентацию волокон. Образцы ткани фиксировали в свежей порции параформаль-дегида еще в течение 2,5 — 3 ч при температуре 4°С. Затем материал постфиксировали в 2%-ном растворе четырехо-киси осмия в течение 2 ч. После проводки и пропитки по стандартной методике образцы ткани заливали в смесь эпона и аралдита. Полутонкие (1 мкм) и ультратонкие срезы получали на ультратоме LKB III. Полутонкие срезы окрашивали 1%-ным раствором азура; ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца. Исследование ультратонких срезов проводили в электронных микроскопах JEM 100 В и JEM 1010 при ускоряющем напряжении 60 кВ.

Методы морфометрического и стереологического анализа. Морфометрический анализ включал оценку диаметра кардиомиоцитов, которую проводили на продольных и поперечных срезах с помощью окулярного микрометра МОВ-1-15х при линейном увеличении объектива в 112 раз. Измеряли не менее 100 профилей кардиомиоцитов, содержащих ядро, для каждого животного. Для каждой группы животных вычисляли среднее значение и ошибку среднего.

Тканевый и ультраструктурный стереологический анализ проводили с использованием общих принципов сте-реологии (Салтыков С.А., 1970; Автандилов Г.Г., 1973; Непомнящих Л.М. и др., 1984; Weibel, 1969, 1980; Underwood, 1970; Gundersen et al., 1988), основанных на

подсчете числа точек тестовой системы, попавших на профиль структуры, и числа пересечений тестовой линии с границами этой структуры. При оценке поверхностной плотности использовали подходы, разработанные для анизотропных структур (Sitte, 1967; Eisenberg, Kuda, 1975; Ersen, Kalisnik, 1985).

Тканевый стереологический анализ проводили на полутонких срезах при конечном увеличении в 1060 раз. С помощью многоцелевой тестовой системы анализировали неперекрывающиеся поля зрения. Оценивали объемную плотность кардиомиоцитов, их ядер, капилляров, эндоте-лиальных клеток, клеток соединительной ткани (суммарно), основного вещества и волокон соединительной ткани. Поверхностную плотность определяли для кардиомиоцитов, их ядер, клеток соединительной ткани. На основании этих первичных параметров рассчитывали вторичные стереологические параметры: поверхностно-объемное отношение структур, объемное отношение стромы миокарда к паренхиме, объемное и поверхностно-объемное отношение капилляров к кардиомиоцитам.

Ультраструктурный стереологический анализ проводили по фотографиям кардиомиоцитов при конечном увеличении в 18000 раз. Оценивали объемную плотность мио-фибрилл, митохондрий, агранулярной саркоплазматичес-кой сети (АСС), Т-системы, саркоплазмы (сюда относили пластинчатый комплекс Гольджи, лизосомы, гликоген, липидные капли, рибосомы, саркоплазматический мат-рикс). Поверхностную плотность определяли для миофиб-рилл, митохондрий, АСС и Т-системы. На основании первичных стереологических параметров рассчитывали вторичные — поверхностно-объемное отношение органелл, объемные и поверхностно-объемные отношения основных органелл кардиомиоцита к миофибриллам. В качестве специфического функционального параметра ультраструктурной организации кардиомиоцитов вычисляли отношение сум-

марного объема митохондрий, АСС и Т-системы к объему миофибрилл, т.е. определят «насыщенность» объема ми-офибрилл основными структурами клетки.

По результатам тканевого и ультраструктурного стерео-логического анализа проводили информационный анализ (Леонтюк A.C. и др., 1981) с вычислением энтропии, относительной энтропии и избыточности тканевых и клеточных систем.

Статистическую обработку данных проводили с использованием t-критерия Стьюдента. Различия между контрольными и опытными группами считали значимыми при р < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Абсолютная масса сердца крыс линии SHR увеличилась к концу опыта на 43% по сравнению с нормотен-зивным контролем. Конечное значение абсолютной массы сердца у крыс этой линии в возрасте 11 мес — 1353,3 ± 140,5 мг. Диаметр кардиомиоцитов у животных со спонтанной гипертензией в возрасте до 11 мес увеличился до 26,0 ± 1,0 мкм (в контроле 15,5 ± 0,5 мкм).

У крыс линии W/SSM к 3 мес жизни масса сердца возрастала по сравнению с контрольными крысами Wistar того же возраста в среднем на 21,8%. При этом масса миокарда левого желудочка увеличивалась на 17,6%, а правого — на 40,1% (р < 0,05). Соответственно возрастал и индекс сердца. При морфологическом исследовании в миокарде обоих желудочков сердца не обнаружено очаговых метаболических некробиотических изменений. Обращает на себя внимание более плотное расположение мышечных волокон в миокарде правого желудочка и более рыхлая упаковка в них миофиламентов.

У крыс линии Wistar абсолютная масса сердца в процессе геронтогенеза увеличилась на 38% (от 933,3 ± 44,2 у животных в возрасте 4 мес до 1550,0 ±0,1 мг у животных в возрасте 24 мес) (табл. 1) и превышала в абсолютном выражении значение массы сердца в двух предыдущих группах (табл. 2, 3). Однако это увеличение проиходило за более длительный период времени (29 мес), чем у крыс SHR (11 мес) и W/SSM (10 мес). У стареющих животных в меньшей степени увеличился диаметр сердечных миоцитов, всего на 18% (от 15,2 ± 0,9 до 18,0 ± 0,6 мкм), что, очевидно, связано с более пропорциональным увеличением всех составляющих ткани миокарда.

Количественный морфологический анализ показал, что гипертрофия миокарда во всех трех экспериментальных группах характеризуется незначительным уменьшением относительного объема кардиомиоцитов (табл. 4 — 6). Относительная площадь поверхности кардиомиоцитов достоверно снижалась при гипертрофии сердца у крыс линии Wistar в процессе геронтогенеза. У спонтанно гипертен-зивных крыс в возрасте 1 и 11 мес относительная площадь поверхности сердечных миоцитов достоверно увеличена по сравнению с нормотензивным контролем. Однако сравнение этого количественного показателя у крыс различных возрастов в пределах линии SHR показывает, что гипертрофия сердечных миоцитов у них также сопровождается уменьшением их поверхностной плотности (р < 0,05). Подобным образом изменялось и поверхностно-объемное отношение мышечных клеток сердца.

Суммарная поверхностная плотность наружной сарколеммы и Т-системы достоверно снижалась только у стареющих крыс линии Wistar. У спонтанно гипертензивных крыс в возрасте 4 и 11 мес (по сравнению с 1-месячными животными) суммарная площадь поверхности сарколеммы и Т-системы в единице объема ткани сначала уменьшалась на 20%, а затем возрастала на 14%, оставаясь,

Таблица 1. Морфометрическан характеристика сердца крыс (М ± ш) \Vistar в процессе героитогенеза

Показатель Возраст животных, мес

4 11 24 33

Масса тела, г Абсолютная масса сердца, мг Относительная масса сердца, мг на 1 г массы тела Диаметр сердечных миоцитов, мкм 213,3 + 8,8 933,3 ±44,2 4,37 ±0,08 15,2 ±0,9 350,0 ± 15,3*** 1049,7 ±39,8 3,02 ±0,22** 15,6 ±0,4 240,0 ± 25,2 1550,0 ±0,4*** 6,20 ± 0,85* 17,8 ±0,2* 337,5 ± 5,0*** 1450,0± 86,5*** 4,31 ±0,30 18,0 ±0,6*

Примечание. Одна звездочка -возрасте 4 мес. р < 0,05; две - р < 0,01; три - р < 0,001 при сравнении с животными в

Таблица 2. Морфометрнческая характеристика сердца спонтанно гипертензивных крыс лшпш БНИ (М ± т)

„ Т„ Возраст пгаертензивных животных, мес Показатель Контроль -----—

Масса тела, г 210,0 ±9,5 62,0 ±0,36*** 273,3 ± 23,3* 233,3 ±32,8

Абсолютная масса сердца, мг 948,0 ± 33,9 431,0 ± 19,5*** 1126,7 ±148,6 1353,3 ± 140,5*

Относительная масса сердца,

мг на 1 г массы тела 4,53 ±0,13 6,96 ± 0,22*** 4,09 ±0,22 5,87 ±0,35**

Диаметр сердечных миоцитов,

мкм 15,5 ±0,5 13,5 ±0,5* 25,7 ± 1,4*** 26,0 ± 1,0***

Примечание. Одна звездочка - р < 0,05; две - р < 0,01; три - р < 0,001 при сравнении с контролем.

Таблица 3. Морфометрическан характеристика сердца крыс с наследственной кардномионатисй (W/SSM) (М ± т)

Показатель

Крысы Вистар, возраст

Крысы W/SSM, возраст

3 мес 10 мес 3 мес 10 мес

213,4 ±6,1 387,5 ± 15,5 223,7 ±4,7 386,0 ± 11,7

613,4 ±7,6 1136,3 ±40,3 747,3 ± 28,9* 1202,8 ± 19,3

103,0 ±4,2 211,5 ± 10,1 144,3 ± 9,0* 246,8 ± 6,3*

512,8 ±9,1 924,8 ± 37,3 603,0 ± 23,7* 956,0 ± 19,0

2,80 ± 0,06 2,94 ± 0,09 3,34 ±0,07* 3,12 ±0,06

13,9 ±0,2 15,1 ±0,5 16,1 ±0,4** 23,1 ±0,4***

Ы

Масса тела, г Абсолютная масса, мг сердца

правого желудочка левого желудочка Относительная масса сердца,

мг на 1 г массы тела Диаметр кардиомиоцитов, мкм

Примечание. Одна звездочка - р < 0,05; две - р < 0,01; три — р < 0,001 при сравнении количественных данных одновозрастных крыс Вистар (контроль) и крыс W/SSM с наследственной кардиомиопатией.

таким образом, уменьшенной по сравнению с исходным значением.

Увеличение общей (суммарной) площади поверхности кардиомиоцитов происходило за счет Т-системы, которая компенсировала, хотя и в неполной мере, уменьшение поверхностной плотности кардиомиоцитов и способствовала сохранению их поверхностно-объемного отношения.

Объемная и поверхностная плотность ядер кардиомиоцитов уменьшилась при спонтанной гипертензии и у стареющих животных. Поверхностно-объемное отношение ядер кардиомиоцитов достоверно не изменилось у половозрелых животных во всех трех моделях гипертрофии сердца, что свидетельствует об отсутствии изменений в геометрии этих структур.

При гипертрофии миокарда во всех трех экспериментальных моделях уменьшилась объемная и поверхностная плотность капилляров. В большей степени этот процесс выражен у крыс линии SHR в возрасте 4 мес. Объемная плотность капилляров у них снижена на 29% по сравнению с нормотензивным контролем и на 34% по сравнению с 1-месячными животными; у стареющих животных этот параметр снижен на 16%. Поверхностная плотность капилляров у старых крыс (33 мес) уменьшена на 34%, при спонтанной гипертензии - на 11%.

Стереологический анализ тканевой организации миокарда крыс линии W/SSM в возрасте 3 и 10 мес показал, что наиболее значимыми событиями пространственной реорганизации у этих животных при сравнении с одновоз-растными крысами Wistar были достоверное уменьшение объемной и поверхностной плотности капилляров и увеличение объемной плотности основного вещества и волокон соединительной ткани (см. табл. 6). В большей степени количественные показатели капилляров были уменьшены у животных в возрасте 3 мес (соответственно на 27 и 16% по сравнению с 16 и 14% у 10-месячных крыс).

Поверхностно-объемное отношение капилляров у крыс в трех различных моделях гипертрофии существенно не изменялось. Считается, что поверхностно-объемное отношение капилляров является репрезентативным функциональным параметром и несет информацию о структурно-функциональном состоянии этих тканевых компонентов (Guski, 1980). С этой точки зрения, капилляры в процессы гипертрофии не претерпевают изменений. На наш взгляд, более информативными параметрами являются те, которые отражают взаимоотношения между капиллярами и кар-диомиоцитами, так как капилляры при развитии гипертрофии сердца изменяются как часть сложной морфофунк-циональной системы — микрорайона. В качестве параметров, характеризующих взаимоотношения капилляров и кар-диомиоцитов, мы рассматривали отношения объема и площади поверхности капилляров к объему кардиомиоцитов.

В изученных моделях гипертрофии сердца обнаружено уменьшение значения этих двух отношений. Снижение объемного отношения капилляров к кардиомиоцитам свидетельствует о том, что увеличение размеров капилляров при гипертрофии сердца замедлено по сравнению с гипертрофией сердечных миоцитов. В большей степени этот количественный показатель уменьшается у 4-месячных крыс линии SHR — на 32%. У крыс линии W/SSM этот показатель был в большей степени изменен в возрасте 3 мес (на 27%).

Отношение поверхностной плотности капилляров к объемной плотности кардиомиоцитов в процессе гипертрофии миокарда последовательно уменьшалось у стареющих животных на 35%; у спонтанно гипертензивных крыс значение этого параметра снижалось на 12% в возрасте 4 мес и не менялось в возрасте 11 мес. У крыс с наследственной кардиомиопатией в возрасте 3 и 10 мес поверхностно-объемное отношение капилляров к кардиомиоцитам было уменьшено соответственно на 26 и 12%. Это дает основание предположить, что увеличение площади повер-

Таблица 4. Тканевая стереологнческая характеристика миокарда крыс \Vistar в процессе геронто-генеза (М ± ш)

Показатель

Возраст животных, мес

11

24

33

с*

Относительный объем (УуО, мм3/см3

кардиомиоцитов ядер кардиомиоцитов капилляров

эндотелиальных клеток клеток соединительной

ткани основного вещества и волокон соединительной ткани Относительная площадь поверхности (БуО, м2/см3 кардиомиоцитов ядер кардиомиоцитов капилляров

клеток соединительной ткани

835,7 ±7,5 10,6 ± 0,2 48,8 ± 5,6 19,4 ±2,1

12,0 ± 1,4

73,5 ± 1,4

833,4 ±16,3 9,6 ±1,1 44,8 ±4,2

17.3 ± 2,8

11.4 ±2,8

83.5 ±7,4

823,7 ±5,1 7,6 ± 0,8 45,0 ±7,1 15,2 ±1,4

11,9 ±1,2 96,6 ± 9,6

0,1072 ±0,0062 0,0951 ±0,0023 0,0690 ± 0,0032** 0,0069 ±0,0003 0,0071 ±0,0007 0,0050 ± 0,0006 0,0358 ±0,0016 0,0316 ±0,0036 0,0267 ±0,0021*

833,6 ±11,3 6,3 ± 1,1* 40,8 ± 4,7

16.7 ± 2,0

13.8 ±1.8

88,8 ± 9,2

0,0639 ±0,0039** 0,0045 ± 0,0008 0,0237 ± 0,0009**

0,0126 ±0,0014 0,0106 ±0,0026 0,0128 ±0,0026 0,0129 ±0,0018

Примечание. Одна звездочка - р < 0,05; две - р < 0,01 при сравнении с животными в возрасте 4 мес.

Таблица 5. Тканевая стсреологнческая характеристика миокарда спонтанно гипертензивных крыс линии БНИ (М ± т)

Показатель

Контроль

Возраст гипертензивных животных, мес 1 4 11

Относительный объем (Уу,),

мм3/см3

кардиомиоцитов 837,3 ±6,1 813,7 ±6,5 845,7 ± 4,3 813,1 ± 12,6

ядер кардиомиоцитов 9,8 ±0,6 21,8 ±0,3*** 7,5 ±1,1 6,1 ±0,6**

капилляров 46,5 ± 3,6 50,0 ±5,1 32,9 ± 1,1* 40,8 ± 1,7

эндотелиальных клеток 19,3 ±1,2 20,0 ± 0,8 9,2 ± 1,1** 16,1 ±0,5

клеток соединительной

ткани 12,7 ±0,9 14,0 ±0,9 11,8 ± 1,0 12,8 ±2,6

основного вещества и

волокон соединитель-

ной ткани 74,4 ± 2,8 80,5 ± 8,2 92,9 ±3,8** 111,1 ±11,2**

Относительная площадь по-

верхности (Бу,), м2/см3

кардиомиоцитов 0,1048 ±0,0056 0,1824 ±0,0162** 0,1115 ±0,0054 0,1266 ±0,0008*

ядер кардиомиоцитов 0,0067 ±0,0002 0,0197 ±0,0018*** 0,0069 ±0,0017 0,0063 ± 0,0005

капилляров 0,0359 ±0,0013 0,0475 ±0,0042* 0,0321 ±0,0016 0,0357 ± 0,0008

клеток соединительной

ткани 0,0148 ±0,0017 0,0164 ±0,0017 0,0134 ±0,0010 0,0129 ±0,0013

Примечание. Одна звездочка - р < 0,05; две - р < 0,01; три - р < 0,001 при сравнении с контролем.

Таблица 6. Тканевая стереологическая характеристика миокарда крыс с наследственной кардио миопатисй W/SSM (М ± т)

Крысы Wistar, возраст_Крысы W/SSM, возраст

показатель 3 мес 10 мес 3 мес 10 мес

Относительный объем (У\'0,

мм^см3

кардиомиоцитов 836,8 ±6,5 838,2 ±10,3 841,5 ± 5,3 814,1 ±6,3

ядер кардиомиоцитов 10,8 ±0,2 10,6 ±1,1 11,7 ±0,9 6,9 ±0,7*

капилляров 48,9 ± 4,0 45,8 ± 2,2 35,6 ± 1,1* 38,4 ± 1,3*

эндотслиалыгых клеток 18,4 ±1,1 17,3 ±2,1 10,1 ±0,9** 12,8 ±1,1

клеток соединительной

ткани 12,3 ± 1,4 11,6 ±2,6 13,2 ± 1,2 13,9 ±1,1

основного вещества и

волокон соединитель-

ной ткани 72,8 ± 1,3 76,5 ± 6,4 87,9 ± 2,8 113,9 + 6,8**

Относительная площадь по-

верхности (БУ;), м2/см3

кардиомиоцитов 0,1103 ±0,0032 0,1041 ±0,0022 0,1316 ±0,0059* 0,0924 ±0,0048

ядер кардиомиоцитов 0,0070 ±0,0008 0,0069 ± 0,0007 0,0078 ±0,0010 0,0065 ±0,0008

капилляров 0,0362+0,0016 0,0350 ±0,0011 0,0305 ±0,0012* 0,0302 ±0,0014*

клеток соединительной

ткани 0,0130 ±0,0014 0,0116 ±0,0016 0,0138 ±0,0011 0,0140 ±0,0010

Примечание. Одна звездочка - р < 0,05; две - р < 0,01 при сравнении с одновозрастным контролем.

хности капилляров — более отдаленная во времени компенсаторно-приспособительная реакция, развивающаяся тогда, когда взаимоотношения между капиллярами и кар-диомиоцитами достигают некоторого критического момента, так как уменьшение площади поверхности капилляров на единицу объема кардиомиоцитов может отражать уменьшение транскапиллярного обмена (Казначеев В.П., Дзизинский A.A., 1975) в гипертрофированном сердце.

Во всех исследованных нами экспериментальных моделях гипертрофия сердца сопровождалась увеличением относительного объема элементов соединительной ткани (без капилляров). В большей степени этот процесс был выражен у крыс линии W/SSM и SHR: объемная плотность интерстициальной соединительной ткани у них увеличилась в конечном счете соответственно на 48 и 42%, в то время как у стареющих крыс Wistar значение этого показателя возросло на 20%. Во всех рассмотренных случаях увеличение объема соединительной ткани происходило за счет основного вещества и волокнистых структур, которые в гипертрофированном миокарде составляли 56 — 62% от общего объема интерстициальных компонентов миокарда (в нормальном миокарде соответственно 48 — 49%).

В процессе геронтогенеза у крыс линии Wistar объемное отношение соединительной ткани к кардиомиоцитам возросло на 21 — 22%, в то время как у спонтанно гипер-тензивных животных — на 35%, а у крыс линии W/SSM -на 49%. Проведенный нами анализ объемных отношений стромы к паренхиме при гипертрофии миокарда различного генеза выявил тенденцию к увеличению этого параметра. Это говорит о том, что увеличение объема стромы постепенно опережает увеличение размеров кардиомиоцитов при развитии гипертрофии миокарда, но так, что количественные структурные взаимоотношения между ними, тем не менее, существенно не меняются.

Усиление сократительной функции сердца на ультра-

структурном уровне проявлялось в увеличении относительного объема миофибрилл: на 19% - в процессе геронтоге-неза, на 12% - у спонтанно гипертензивных крыс, на 13 -9% у крыс линии W/SSM соответственно в возрасте 3 и 10 мес (рис. 1 - 3). Поверхностная плотность и поверхностно-объемное отношение миофибрилл уменьшились во всех моделях гипертрофии миокарда. Подобная динамика изменений этих показателей свидетельствует об утолщении миофибрилл при гипертрофии кардиомиоцитов, что подтверждается электронно-микроскопическими исследованиями.

При гипертрофии сердца уменьшилась объемная и поверхностная плотность митохондрий: на 18 и 26% в процессе геронтогенеза, на 20 и 17% у крыс линии SHR, на 17 и 21% - у крыс линии W/SSM в возрасте 3 мес. У стареющих животных уменьшение объемной плотности митохондрий, вероятно, связано с уменьшением численной плотности этих органелл с возрастом (Herbener et al., 1973).

Диспропорциональное увеличение миофибриллярного и митохондриального компартментов вызывало уменьшение объемного отношения митохондрий к миофибриллам. Подобное изменение энергопродуцирующего и сократительного аппаратов клетки показано во многих экспериментальных моделях гипертрофии миокарда (Целлариус Ю.Г., Ерисковская Н.К., 1979; Непомнящих JI.M. и др., 1981; Лушникова Е.Л., 1983; Page, McCallister, 1973; Wendt-Gallitelli, Jacob, 1977; Anversa et al., 1978, 1979) и представляет собой цепь реакций, эволюционно закрепленных и имеющих ярко выраженный адаптивный характер.

Гипертрофия кардиомиоцитов у крыс в трех исследованных моделях сопровождалась достоверным снижением относительного объема АСС, снижалась также относительная площадь поверхности этой органеллы.

Наиболее значительно объемная плотность АСС уменьшилась у крыс SHR в возрасте 4 мес (на 53% по сравнению с нормотензивными крысами). У спонтанно гипер-

Шмиофибриллы □митохондрии

Рис. 1. Объемная плотность миофибрилл и митохондрий кардио-миоцитов у крыс \Vistar в процессе геронтогенеза.

мм3/см3

цмиофибриллы □ митохондрии

Рис. 2. Объемная плотность миофибрилл и митохондрий кардио-миоцитов у спонтанно гипертензивных крыс линии 8НК

мм3/см3 600

300 -

200 -

500 -

400 -

100 -

0

■ь

3 мес

10 мес

Шмиофибриллы

□ митохондрии

Рис. 3. Объемная плотность миофибрилл и митохондрий кардио-миоцитов крыс W/SSM с наследственной детерминированной кар-диомиопатией.

Контроль - крысы Wistar (штриховка).

тензивных крыс в возрасте 11 мес значение этого количественного показателя возрастало по сравнению с предыдущей группой, но оставалось уменьшенным (на 20%) по сравнению с контролем. В гипертрофированных кардио-миоцитах стареющих животных объемная плотность АСС в конечном счете уменьшилась на 57%, а поверхностная плотность — на 43%. У крыс линии W/SSM в возрасте 3 и 10 мес объемная плотность АСС уменьшилась на 33 и 23% соответственно, поверхностная плотность снизилась соответственно на 35 и 42%.

В изученных моделях гипертрофии сердца мы не обнаружили сохранения постоянным суммарного относительного объема миофибрилл и митохондрий, что, по мнению некоторых исследователей, является закономерностью структурной организации кардиомиоцитов (Офицеров В.Н. и др., 1979). Развитие компенсаторно-приспосо-

бительных реакций в кардиомиоцитах, по данным этих авторов, сопровождается увеличением относительного объема митохондрий, и истощение этих реакций наблюдается тогда, когда относительный объем этих органелл приближается к 40%. Мы обнаружили обратную закономерность в изменении относительного объема митохондрий и разное значение суммарного относительного объема миофиб-рилл и митохондрий в различных моделях гипертрофии сердца: 83% - при спонтанной генетической гипертензии, 85% - в процессе геронтогенеза. На наш взгляд, более информативными при оценке адаптивных возможностей ткани являются те количественные показатели, которые отражают взаимоотношения между органеллами, а именно — взаимоотношения основных органелл клетки с миофиб-риллами, как ведущей в функциональном отношении структурой сердечных миоцитов.

Гипертрофия миокарда во всех трех экспериментальных моделях связана с уменьшением «насыщенности» единицы объема миофибрилл другими органеллами клетки, что следует из анализа объемного отношения митохондрий, АСС и Т-системы к миофибриллам. У спонтанно ги-пертензивных крыс и стареющих животных этот количественный показатель уменьшился в среднем на 30% (от 28 до 32%), у крыс линии W/SSM - в среднем на 24% (от 20 до 27%). Уменьшение отношения суммарного объема основных органелл к объему миофибрилл при возрастной гипертрофии сердца вызвано уменьшением объемной плотности всех перечисленных органелл. В гипертензивных моделях гипертрофии миокарда и при наследственной кар-диомиопатии уменьшение этого отношения происходило в основном за счет значительного снижения объемной плотности митохондрий и АСС. Тем не менее, величина уменьшения «насыщенности» единицы объема миофибрилл другими цитоплазматическими органеллами отражает функциональное состояние кардиомиоцитов и является важ-

ным параметром в прогнозе развития компенсаторно-приспособительных процессов при гипертрофии сердца различного генеза.

Выявленный характер тканевой реорганизации миокарда у крыс W/SSM аналогичен таковому при развитии гипертрофии сердца у крыс линии SHR. Вероятно, такая динамика количественных изменений паренхиматозных и стро-мальных структур отражает генетически детерминированные особенности их регенерации в различные периоды онтогенеза и представляет собой видовую специфику развития кардиомиопатии гипертрофического типа вне зависимости от того, на каком фоне оно происходит — нормо-тензивном или гипертензивном.

В миокарде крыс W/SSM с генетически детерминированным нарушением углеводного обмена и повышением активности лизосомальных ферментов гипертрофия кардио-миоцитов приводит к нарушению сократительной деятельности мышечных волокон, что является индуктором увеличения массы сердца. Как видно из результатов данного исследования, компенсаторный рост миокарда желудочков подчиняется определенным закономерностям, а по истощении пролиферативного потенциала начинается увеличение диаметра мышечных волокон — гипертрофия — процесс, завершающийся сердечной декомпенсацией (Maron et al., 1980).

ВЫВОДЫ

1. Абсолютная масса сердца при спонтанной артериальной гипертензии увеличивается на 43%, в процессе герон-тогенеза у крыс Wistar — на 38%; относительная масса сердца — соответственно 30 и 43%. У крыс линии W/SSM масса сердца возросла (по сравнению с контрольными од-новозрастными крысами Wistar) в среднем на 22%. Нарас-

тание массы сердца во всех моделях гипертрофии сопровождается увеличением диаметра кардиомиоцитов от 15,6 до 26,0 мкм.

2. При гипертрофии миокарда различного генеза у крыс происходит увеличение относительного объема клеток, волокон и основного вещества соединительной ткани (преимущественно за счет накопления волокнистых структур и основного вещества). В большей степени этот процесс выражен у спонтанно гипертензивных крыс линии SHR и крыс с наследственной кардиомиопатией W/SSM: объемная плотность интерстициальной ткани (без капилляров) у них возрастает на 42 и 48% соответственно по сравнению с 20% у крыс линии Wistar в процессе геронтогенеза. В гипертрофированном миокарде в трех различных моделях увеличивается объемное отношение соединительной ткани к кардиомиоцитам.

3. В ткани гипертрофированного миокарда уменьшается объемная и поверхностная плотность микроциркуля-торного русла. Относительный объем капилляров более значительно уменьшен у крыс линии SHR в возрасте 4 мес (на 29%) и крыс линии W/SSM в возрасте 3 мес (на 27%), относительная площадь поверхности — у стареющих животных (от 0,036 ± 0,002 до 0,024 ± 0,001 м2/см3). В изученных моделях гипертрофии обнаружено снижение отношения объема (на 10 — 32%) и площади поверхности (на 12 — 35%) капилляров к единице объема сердечных миоци-тов. Репрезентативными параметрами, определяющими морфо-функциональное состояние ткани гипертрофированного миокарда и возможности для дальнейшего развития компенсаторно-приспособительных реакций, являются объемные и поверхностно- объемные отношения капилляров к кардиомиоцитам.

4. Гипертрофия миокарда в процессе геронтогенеза на ультраструктурном уровне характеризуется увеличением относительного объема миофибриллярного аппарата (на

19%) и уменьшением объемной и поверхностной плотности митохондрий, агранулярной саркоплазматической сети и Т-системы. Такие изменения вызывают снижение объемного и поверхностно-объемного отношения органелл сердечных миоцитов к миофибриллам.

5. При спонтанной артериальной гипертензии и наследственной кардиомиопатии в гипертрофированных карди-омиоцитах возрастает относительный объем миофибрилл (на 12 и 13%) на фоне уменьшения объемной плотности митохондрий (на 20 и 17%). В гипертрофированных карди-омиоцитах у крыс в трех экспериментальных моделях значительно уменьшается отношение суммарного объема митохондрий, агранулярной саркоплазматической сети и Т-системы к объему миофибрилл. Происходит уменьшение «насыщенности» единицы объема миофибрилл другими органеллами клетки. Величина уменьшения «насыщенности» единицы объема миофибрилл в значительной степени определяет морфофункциональное состояние кар-диомиоцитов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гистостереологический анализ миокарда гомойотер-мных животных при охлаждении // Бюл. экспер. биол. — 1987. - Т. 104. - № 11. - С. 625 - 630. (Соавт. Лушникова E.JL и др.).

2. Stereohistologic analysis of the myocardium of homoiothennic animals during cooling // Bull. Exp. Biol. Med. — N.Y.: Plenum Publ. Corp., 1988. - Vol. 104. - № 11. - P. 1620 -1625. (Соавт. Lushnikova E.L. et al.).

3. Морфология генетически детерминированных общепатологических процессов у крыс линии W/SSM. — Препринт. - Новосибирск: НИИ РППМ СО РАМН, 1995. -

31с. (Соавт. Салганик Р.И. и др.).

4. Сравнительный стереологический анализ гипертрофии миокарда у гипертензивных (SHR) и нормотензив-ных (W/SSM) крыс // Региональная патология и пато-морфология: Сборник научных работ. — Новосибирск: НИИ РППМ СО РАМН, 1997. - С. 116 - 117.

5. Гисто- и ультраструктурный стереологический анализ гипертрофии кардиомиоцитов у крыс Wistar в герон-тогенезе // Региональная патология и патоморфология: Сборник научных работ. — Новосибирск: НИИ РППМ СО РАМН, 1997.-С. 118-119.

6. Количественный морфологический анализ гипертрофии сердца у крыс разных линий // Актуальные вопросы современной медицины. — Новосибирск, 1998. — С. 95 — 96.

7. Ультраструктурный стереологический анализ гипертрофии миокарда у крыс со спонтанной гипертензией (SHR) // Тезисы докл. научно-практ. конф. — Кемерово, 1998.-С.93.

Соискатель л J ßßfWA О.А.Постникова

Оператор электронной верстки И.Г.Сергеева

Подписано в печать 30.04.99. Форматбумаги 60x84/16. Гарнитура Тайме. Бумага Zoom plus. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 19.

Отпечатано с оригинал-макета, подготовленного в редакционно-издательском отделе НИИ региональной патологии и патоморфологии Сибирского отделения РАМН 630117, Новосибирск, ул. Академика Тимакова, 2

Актуальность темы. Длительное повышение функциональной нагрузки на сердце неизменно вызывает его гипертрофию -сложную компенсаторно-приспособительную реакцию, в ходе которой происходит ряд существенных структурно-функциональных перестроек (Волкова О.В., Пекарский М.И., 1976; Авцын А.П., Шахламов В.А., 1979; Румянцев ПЛ., 1982; Фролов В.А., Дроздова Г.А., 1982; Непомнящих Л.М., Лушнико-ва Е.Л., 1985; Непомнящих Л.М., 1991; Лушникова Е.Л., 1993). Распространенность этого феномена, его значение в исходе многих патологических состояний постоянно привлекают внимание исследователей, которые концентрируют свои усилия преимущественно на решении таких вопросов, как соотношение гипертрофических и гиперпластических процессов при развитии гипертрофии, особенности регенераторных процессов в гипертрофированном миокарде.

Будучи целесообразным, биологически направленным процессом, компенсаторная гипертрофия миокарда на определенном этапе своего развития переходит в свою противоположность -декомпенсацию, при которой сохраняются морфологические признаки гипертрофии. Понимание структурных основ гипертрофии сердца во многом облегчает решение вопроса о критериях морфо-функционального состояния гипертрофированного миокарда, а также помогает выяснению закономерностей формирования ком5 пенсаторно-приспособительных реакций при развитии общих патологических процессов.

В настоящее время в связи с развитием молекулярной кардиологии (Чазов Е.И., 1975, 1982; Чазов Е.И. и др., 1976; Смирнов В.Н., Нестайко Г.В., 1982) в центре внимания большинства исследователей находятся электронно-микроскопические изменения гипертрофированных кардиомиоцитов (Anversa et al., 1975; Datta et al., 1975; Dowell et al., 1976; Hatt et al., 1979; Genovese et al., 1980; Lenz, Stoepel, 1980; Pfeifer, 1982; Simpson et al., 1982; Singh et al., 1982). Однако в развитии гипертрофии миокарда немаловажное значение играют элементы стромы, что выдвигает задачу более детального изучения характера изменений микро-циркуляторного русла и компонентов соединительной ткани, па-ренхиматозно-стромальных взаимоотношений в целом и взаимоотношений структурных компонентов стромы с сердечными миоцитами.

Понимание механизмов формирования компенсаторно-приспособительного ответа на клеточном уровне зависит также и от выяснения вопроса о регенераторных возможностях миокарда. Ведущим здесь является положение о внутриклеточной регенерации сердечных миоцитов (Саркисов Д.С., 1977), которая создает основу для гипертрофии мышечных клеток сердца. Несмотря на большие усилия, предпринятые в этой области, все еще мало известно о последовательности изменений внутриклеточных структур и о характере их взаимодействий при гипертрофии сердца 6

Целлариус Ю.Г. и др., 1982).

Для выяснения многих вопросов, возникающих при исследовании гипертрофии миокарда, в последнее время все чаще применяются количественные морфологические методы (Целлариус Ю.Г., Ерисковская Н.К., 1979; Бродский В.Я., Урываева И.В., 1981; Непомнящих JIM., 1991; Anversa et al., 1979; Kainulainen et al., 1979; Olivetti et al., 1979; Schwarz et al., 1980; Julian, 1981; Tañase et al., 1982; Dammrich, Pfeifer, 1983; Clubb, Bishop, 1984; Rakusan et al., 1984). Морфометрические и стереологические методы не только объективизируют морфологическое исследование, но и позволяют получить принципиально новые данные о пространственной организации структур.

Однако в работах по гипертрофии миокарда чаще всего дается морфометрическая и стереологическая характеристика кар-диомиоцита и, как правило, двух его органелл - миофибрилл и митохондрий, которые искусственно вычленяются из системы сложных тканевых и внутриклеточных взаимодействий. Практически отсутствуют исследования, в которых с помощью количественных методов прослежена динамика структурно-функциональных изменений основных органелл гипертрофированных кардиомиоцитов у разных линий животных.

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучить общие закономерности и особенности развития гипертрофии миокарда у крыс разных линий с оценкой паренхиматозно-стромальных и внутриклеточных взаимодействий. 7

Для достижения этой цели предполагалось исследовать тканевую и внутриклеточную организацию миокарда с помощью количественных морфологических методов. Конкретно эти задачи сводились к следующему:

1. Изучить структурные основы гипертрфоии миокарда у крыс Вистар в процессе геронтогенеза;

2. Исследовать миокард крыс линии SHR со спонтанной генетической гипертензией;

3. Исследовать миокард нормотензивных крыс линии W/SSM с генетически детерминированной гипертрофией сердца;

4. Провести сравнительное морфологическое, морфометрическое и стереологическое изучение гипертрофированного миокарда различного генеза на тканевом и ультраструктурном уровнях в аспекте компенсаторно-приспособительных реакций.

Научная новизна. Впервые с помощью комплексного морфологического анализа (светооптическое, электронно-микроскопическое изучение с использованием морфометриче-ских и стереологических методов) проведено изучение развития гипертрофии миокарда различного генеза у крыс разных линий. Полученные данные развивают концепцию паренхиматозно-стромальных взаимодействий в органе при развитии общебиологического процесса.

Показана структурная реорганизация паренхимы и стромы в ходе гипертрофии миокарда. Отмечена тенденция к большему увеличению объема стромальных элементов по сравнению с па8 ренхиматозными. При этом относительный объем клеток, волокон и основного вещества интерстициальной соединительной ткани возрастает, а объемная и поверхностная плотность микро-циркуляторного русла уменьшается. Это приводит к изменению количественных взаимоотношений кардиомиоцитов и элементов стромы. Наиболее информативными показателями структурно-функционального состояния гипертрофированного миокарда являются объемное и поверхностно-объемное отношения капилляров к кардиомиоцитам.

Одновременно с тканевой перестройкой развиваются изменения в тонкой структуре кардиомиоцитов, направленные на преимущественное увеличение массы миофибрилл - как структуры, ответственной за выполнение основной функции клетки. Во всех экспериментальных моделях гипертрофии сердца обнаружено уменьшение отношения суммарного объема митохондрий, аг-ранулярной саркоплазматической сети и Т-системы к объему миофибрилл. Последний показатель определяет структурно-функциональное состояние гипертрофированных кардиомиоцитов. На основании проведенного исследования выделены общие и специфические черты структурно-пространственной реорганизации гипертрофированного миокарда.

Практическая и теоретическая значимость. Полученные в работе данные о морфофункциональных изменениях паренхимы и стромы миокарда при развитии гипертрофии сердца различного генеза имеют теоретическое и практическое значение. Оценка с 9 помощью количественных методов паренхиматозно-стромальных взаимодействий в динамике развития гипертрофии миокарда способствует пониманию механизмов, лежащих в основе декомпенсации сердца, и решению вопроса об обратимости гипертрофии миокарда.

С учетом более полных данных об ультраструктурных перестройках в клетках, обеспечивающих основную, нагнетательную, функцию сердца, становится возможной более конкретная разработка морфологического раздела проблемы сократительной недостаточности миокарда.

Использованные методы анализа и результаты, полученные с помощью этих методов, могут быть применены в диагностических и прогностических целях при оценке гипертрофических состояний миокарда.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на региональной конференции «Актуальные проблемы клинической кардиологии» (Томск, 1990), 2-м Международном симпозиуме по проблемам саногенного и патогенного эффектов экологического воздействия на внутреннюю среду организма (Чолпон-Ата, 1995), итоговой научной сессии, посвящ. 5-летию создания НИИ региональной патологии и патоморфологии СО РАМН (Новосибирск,

1997), межлабораторной научной конференции НИИ региональной патологии и патоморфологии СО РАМН (Новосибирск,

1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

10

1. Гистостереологический анализ миокарда гомойотермных животных при охлаждении // Бюл. экспер. биол. - 1987. - Т. 104. - № 11. - С. 625 - 630. (Соавт. Лушникова E.JI. и др.).

2. Stereohistologic analysis of the myocardium of homoiothermic animals during cooling // Bull. Exp. Biol. Med. - N.Y.: Plenum Publ. Corp., 1988. - Vol. 104. - № 11. - P. 1620 - 1625. (Соавт. Lushnikova E.L. et al.).

3. Морфология генетически детерминированных общепатологических процессов у крыс линии W/SSM. - Препринт. - Новосибирск: НИИ РППМ СО РАМН, 1995. - 31 с. (Соавт. Салга-ник Р.И. и др.).

4. Сравнительный стерео логический анализ гипертрофии миокарда у гипертензивных (SHR) и нормотензивных (W/SSM) крыс // Региональная патология и патоморфология: Сборник научных работ. - Новосибирск: НИИ РППМ СО РАМН, 1997. -С. 116-117.

5. Гисто- и ультраструктурный стереологический анализ гипертрофии кардиомиоцитов у крыс Wistar в геронтогенезе // Региональная патология и патоморфология: Сборник научных работ. - Новосибирск: НИИ РППМ СО РАМН, 1997. - С. 118 -119.

6. Количественный морфологический анализ гипертрофии сердца у крыс разных линий // Актуальные вопросы современной медицины. - Новосибирск, 1998. - С. 95 - 96.

7. Ультраструктурный стереологический анализ гипертрофии

11 миокарда у крыс со спонтанной гипертензией (SHR) // Тезисы докл. научно-практ. конф. - Кемерово, 1998. - С. 93.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ВЫВОДЫ

1. Абсолютная масса сердца при спонтанной артериальной гипертензии увеличивается на 43%, в процессе геронтогенеза у крыс Wistar - на 38%; относительная масса сердца - соответственно 30 и 43%. У крыс линии W/SSM масса сердца возросла (по сравнению с контрольными одновозрастными крысами Wistar) в среднем на 22%. Нарастание массы сердца во всех моделях гипертрофии сопровождается увеличением диаметра кардиомиоцитов от 15,6 до 26,0 мкм.

2. При гипертрофии миокарда различного генеза у крыс происходит увеличение относительного объема клеток, волокон и основного вещества соединительной ткани (преимущественно за счет накопления волокнистых структур и основного вещества). В большей степени этот процесс выражен у спонтанно гипертензивных крыс линии SHR и крыс с наследственной кардиомиопа-тией W/SSM: объемная плотность интерстициальной ткани (без капилляров) у них возрастает на 42 и 48% соответственно по сравнению с 20% у крыс линии Wistar в процессе геронтогенеза. В гипертрофированном миокарде в трех различных моделях увеличивается объемное отношение соединительной ткани к кардиомиоцитам.

3. В ткани гипертрофированного миокарда уменьшается объемная и поверхностная плотность микроциркуляторного русла. Относительный объем капилляров более значительно умень

169 шен у крыс линии SHR в возрасте 4 мес (на 29%) и крыс линии W/SSM в возрасте 3 мес (на 27%), относительная площадь поверхности - у стареющих животных (от 0,036 ± 0,002 до 0,024 ±

0,001 м2/смЗ). В изученных моделях гипертрофии обнаружено снижение отношения объема (на 10 - 32%) и площади поверхности (на 12-35%) капилляров к единице объема сердечных миоцитов. Репрезентативными параметрами, определяющими морфо-функциональное состояние ткани гипертрофированного миокарда и возможности для дальнейшего развития компенсаторно-приспособительных реакций, являются объемные и поверхностно-объемные отношения капилляров к кардиомиоцитам.

4. Гипертрофия миокарда в процессе геронтогенеза на ультраструктурном уровне характеризуется увеличением относительного объема миофибриллярного аппарата (на 19%) и уменьшением объемной и поверхностной плотности митохондрий, аграну-лярной саркоплазматической сети и Т-системы. Такие изменения вызывают снижение объемного и поверхностно-объемного отношения органелл сердечных миоцитов к миофибриллам.

5. При спонтанной артериальной гипертензии и наследственной кардиомиопатии в гипертрофированных кардиомиоцитах возрастает относительный объем миофибрилл (на 12 и 13%) на фоне уменьшения объемной плотности митохондрий (на 20 и 17%). В гипертрофированных кардиомиоцитах у крыс в трех экспериментальных моделях значительно уменьшается отношение суммарного объема митохондрий, агранулярной саркоплазмати

170 ческой сети и Т-системы к объему миофибрилл. Происходит уменьшение «насыщенности» единицы объема миофибрилл другими органеллами клетки. Величина уменьшения «насыщенности» единицы объема миофибрилл в значительной степени определяет морфофункциональное состояние кардиомиоцитов.

171