Порівняльна характеристика якісних змін у ультраструктурі шлуночкового міокарда ембріонів щурів у нормі і після дії етанолу протягом 1-ї - 28-ї доби постнатального онтогенезу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дніпропетровська медична академія МОЗ України

ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЯКІСНИХ ЗМІН У УЛЬТРАСТРУКТУРІ ШЛУНОЧКОВОГО МІОКАРДА ЕМБРІОНІВ ЩУРІВ У НОРМІ І ПІСЛЯ ДІЇ ЕТАНОЛУ ПРОТЯГОМ 1-Ї - 28-Ї ДОБИ ПОСТНАТАЛЬНОГО ОНТОГЕНЕЗУ

Марченко Д.Г.

Філімонова ЛА.

Постановка проблеми. Інтерес науковців до проблеми пошкоджуючої дії етанолу на серце,обумовлений високою питомою вагою серцево-судинних патологій, викликаних впливом алкоголю. За допомогою експериментальної моделі та електронно-мікроскопічних досліджень можливо проаналізувати зміни, які відбуваються у ультраструктурі кардіоміоцитів на різних етапах постнатального онтогенезу. Тому, у теперішній час, значно посилюється значення електронно-мікроскопічних досліджень у діагностиці патологій серцево-судинної системи.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. За даними багатьох досліджень було встановлено, що хронічна алкогольна інтоксикація викликає зміни у міокарді на всіх рівнях його структурної організації [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12]. Перш за все, за даними R. L. Fogle, тератогенні зміни, які викликані дією етанолу, впливали на розвиток кардіоміоцитів у процесі ембріогенезу, що сприяло недорозвинутої морфології або функції серцевих клітин. J R. L. Fogle у своїх дослідженнях показав, що у першу чергу етанол впливав на загальний вигляд серцевих м'язових клітин. Так у його статтях зазначено що контури серцевих скоротливих кардіоміоцитів були нечіткі, їх ядра змінювали форму і ставали більш прямокутними. За його даними ядра кардіоміоцитів значно зменшувалися у розмірах та збільшувалася їх щільність. У своїх роботах автор згадував, що поблизу ядерної мембрани зустрічалась велика кількість вакуолей і мітохондрій. Іноді спостерігався фагоцитоз ядерної мембрани. Однак в основному ядерна оболонка була неушкодженою [8].

Порушення ультраструктури органел, за даними автора, була характерна майже для всіх клітин міокарда. Кількість органел зменшувалась, відбувалося їх набухання, дезорганізація їхньої внутрішньої структури та частковий лізис [10, 12]. За даним багатьох авторів міофібрили являють собою високоорганізовану структуру, котра складається з саркомерів [13, 14, 15, 16]. Дія етанолу перш за все впливає на будову цих саркомерів. Найбільші дистрофічні зміни, що спостерігалися у паренхімі міокарда щурів проявлялися у мозаїчної структурі міофібрил. У зонах «згущення» міофіламентів були слабо виражені або зникали

Е-диски. Міофібрили, як і всі органели кардіоміоцитів також мали «аномальну» будову. Залучення окремих міофібрил у патологічний процес відбувалося асинхронно. На більш пізніх етапах розвитку спостерігалося наростання деструктивних змін [4, 5, 6, 7]. У саркоплазмі кардіоміоцитів відбувалися наступні зміни: з'являлася зернистість, спостерігалась слабо виражена поперечна -- по- смугованість, некроз клітин. У саркомері спостерігалися наступні зміни: руйнування актинових і міозинових протофібріл, розчинення саркомерів, лізис актинових комплексів, знаходження сарко- мера у релаксуючому стані. Нерідко виявлявся розпад міофібрил внаслідок вогнищевого мозаїчного лізису. У локусах розрідження міофібрил виявлялися тісні міжмітохондріальні контакти округлих мітохондрій [4, 5, 9].

Сучасні дані значно полегшили розуміння механізму впливу етанолу на скоротливий апарат серця, однак, деякі моменти описані не дуже чітко і потребують більш глибоких досліджень.

Метою дослідження було порівняти зміни у ультраструктурі скоротливого апарату кардіо- міоцитів щурів протягом І-ї-14-ї доби постнатального розвитку у нормі та після впливу етанолу.

Виклад основного матеріалу дослідження. Матеріали та методи. Дослідження проведені на 33 білих щурах-самках вагою 250-300 г, що утримувались на стандартному раціоні віварію ДЗ «ДМА МОЗ України». Моделювання алькогольної інток- сікації здійснювали впродовж шести тижнів шляхом повної заміни питної води на розчин етанолу. Концентрація етанолу змінювалась кожні два тижні -- 5%, 10%, 15%, 20% розчин [11]. 20% розчин надавався щурам не 2 тижня, а 4 тижня. У ході експерименту тварини були розділені на дві групи:

I група -- тварини, які утримувались у нормальних умовах і не отримували етанол (контроль);

II група -- щури, які отримували етанол у різній концентрації (експеримент). Наприкінці дослідження тварин умертвляли шляхом декапітації під тіопентал-натрієвим наркозом. Для електронно-мікроскопічних досліджень серця фіксували у 2,5-3% розчині глютаральдегіду та за стандартною схемою заливали сумішшю епоксидних смол. Проведення експерименту здійснювалось із дотриманням принципів біоетики, що викладені у Хель-синській декларації Всесвітньої медичної асоціації про гуманне ставлення до тварин, а також згідно до Закону України «Про захист тварин від жорстокого поводження» від 15.12 2009 р. № 1759-УІ та «Загальних етичних принципів експериментів на тваринах» (Київ, 2001). Хронічну алкогольну ін- токсікацію моделювали на самках щурів від 1 годин до 14-ї доби постнатального розвитку.

Ультраструктурний аналіз скоротливих кар- діоміоцитів шлуночків показав, що протягом постнатального онтогенезу серця структура окремих міофібрил та елементів Т-системи в цілому значно змінювалась, як у нормі, так і після дії етанолу.

Ультраструктура міокарда новонароджених щурів була порушена при значній дії алкоголю на серцеві м'язові клітини. Міокард був розділений, як і в попередню добу, на 2 шари: компактний, який був більш виражений у цей період розвитку і представлений клітинами полігональної форми з 2-3 ядерцями; губчастий, що являв собою систему трабекул. Ці два шари були представлені невеликою кількістю клітин, іноді зі слабо вираженою посмугованістю.

Протягом 1-7 діб постнатального розвитку поряд з нормальними міофібрилами траплялася значна кількість міофібрил, які мали патологічні зміни у своїй структурі. Відбувалося порушення товщини таких «патологічних» міофібрил. У саркоплазмі кардіоміоцитів було декілька типів міофібрил, кожен з яких мав різну товщину (рис. 1).

Рис. 1. Міокард щура експериментальної групи новонароджених щурів. Міофібрили з різною товщиною. Електронограма. *5000

Міофібрили були розташовані хаотично по всій довжині кардіоміоцитів. Відбувався частковий лізис актинових та міозинових філаментів, а також саркомерів (рис. 3). При цьому відбувалася деформація Е-лінії, А- та І-дисків. Ці структури не мали чіткої форми і були слабко виражені на електронограмі. Такі процеси не були характері для цієї доби нормального розвитку шлуноч- кового міокарда (рис. 2). На відміну від норми, міофібрили експериментальних тварин поряд зі структурами, які знаходилися у нормальному скоротливому або релаксованому стані, були й ті, які перебували у надскороченому стані.

Протягом 14-28 діб постнатального розвитку, як і у більш ранньому періоді, спостерігалася значна деструкція деяких кардіоміоцитів. Ядра серцевих м'язових клітин мали різну форму. Ці зміни значно відрізнялися від норми (рис. 4). Аледо найбільших змін були схильні внутрішньоклітинні органели. На електронограмі, як і у попередню добу розвитку, спостерігались значні зміни у міофібрилярному апараті. Дезорієнтація міофібрил супроводжувалася майже зникненням поперечної посмугованості. Кількість міофібрил, які не мали чіткої упорядкованості значно зростала. На електронній фотографії можна було побачити міофібрили, які мали нерівномірну товщину, тобто більш товсті міозинові нитки розташовувались поруч з більш тонкими. Однак, кількість таких міофібрил не була значною. Відбувався частковий лізис міофібрил, який призводив до того, що простір, де не було міофібрил, заповнювався гранулами і численними мітохондріями. На деяких електронограмах можна було виявити міофібрили, які розщепленні на окремі фрагменти (рис. 5). Е-лінії «дефектних» міофібрил втрачали звичайний малюнок і мали більш зигзагоподібну форму. Для цього періоду також була характерна деформація А- та І-дисків і взагалі всього саркомера. А- та І-диски, а також М- та Н-лінії на електронограмі були видні не дуже чітко. ультраструктура кардіоміоцит саркомер міозиновий

Рис. 2. Міокард щура контрольної групи на 7-у добу постнатального розвитку. Електронограма. *8000

Рис. 3. Міокард щура експериментальної групи на 7-у добу постнатального розвитку. Міофібрили з частковою їх фрагментацією. Електронограма. *5000

Протягом 14-28 діб постнатального розвитку, як і у більш ранньому періоді, спостерігалася значна деструкція деяких кардіоміоцитів. Ядра серцевих м'язових клітин мали різну форму. Ці зміни значно відрізнялися від норми (рис. 4). Але до найбільших змін були схильні внутрішньоклітинні органели. На електронограмі, як і у попередню добу розвитку, спостерігались значні зміни у міофібрилярному апараті. Дезорієнтація міофібрил супроводжувалася майже зникненням поперечної посмугованості. Кількість міофібрил, які не мали чіткої упорядкованості значно зростала. На електронній фотографії можна було побачити міофібрили, які мали нерівномірну товщину, тобто більш товсті міозинові нитки розташовувались поруч з більш тонкими. Однак, кількість таких міофібрил не була значною. Відбувався частковий лізис міофібрил, який призводив до того, що простір, де не було міофібрил, заповнювався гранулами і численними мітохондріями. На деяких електронограмах можна було виявити міофібрили, які розщепленні на окремі фрагменти (рис. 5). Е-лінії «дефектних» міофібрил втрачали звичайний малюнок і мали більш зигзагоподібну форму. Для цього періоду також була характерна деформація А- та І-дисків і взагалі всього саркомера. А- та І-диски, а також М- та Н-лінії на електронограмі були видні не дуже чітко.

Рис. 4. Міокард щура контрольної групи на 28-у добу постнатального розвитку. Електронограма. *8000

Рис. 5. Міокард щура експериментальної групи на 28-у добу постнатального розвитку.

Розщеплення міофібрил на окремі фрагменти.

Електронограма. *5000

Ультраструктура саркомерів після дії етанолу на міокард шлуночків щурів значно порушена у ділянках телофрагми і супроводжується значним зниженням скоротливої функції кардіомі- оцитів. За нашими даними це явище можливо тому, що етанол перш за все вплива на а-актінін, що входить до складу телофрагми.

Висновки. Аналіз електронних мікрофото- графій шлуночкового міокарда показав, що етанол впливає майже на всі кардіоміоцити серця, викликаючи значні деструктивні зміни. За даними наших досліджень у багатьох районах серця визначалися дефектні міофібрил, які складалися з невеликих блоків одного або двох саркомерів. Ці явища не були характерні для нормального розвитку. Тобто етанол спричинив зміни у міофібрилярному апараті кардіоміци- тив, що викликало порушення скорочення серцевої м'язової тканини.

Перспективи подальших розробок пов'язані з вивченням елементів Т- та Ь-системи на різних етапах онтогенезу.

Список літератури

1. Власов А. И. Электронная микроскопия: учеб. пособие / А. И. Власов, К. А. Елсуков, И. А. Косолапов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. - 168 с.

2. Уикли Б. Электронная микроскопия для начинающих / [Б. Уикли]; под. ред. В. Ю. Полякова; пер. с англ. И. В. Викторова. - 1996. - М.: Мир, 1975. - 336 с.

3. Устройство и принцип работы просвечивающего электронного микроскопа: Электронное учебно-методическое пособие / Бобров А. И. [и др.]; под. ред. Д. А. Павлова. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. - 31 с.

4. Alcohol and myocarditis / A. Wilke [et al.] // Herz. - 1996. - Vol. 21, № 4. - P. 248-257.

5. Alcohol and the heart / L. D. Segel [et al.] // Med Clin North Am. - 1984. - Vol. 68, № 1. - P. 147-161.

6. Alcoholic cardiomyopathy / G. Guzzo-Merello [et al.] // World J Cardiol. - 2014. - Vol. 6, № 8. - P. 771-781.

7. Davidson D. M. Cardiovascular Effects of Alcohol // The Western Journal of Medicine. - 1989. - Vol. 151. - P. 430-439.

8. Impact of chronic alcohol ingestion on cardiac muscle protein expression / R. L. Fogle [et al.] // Alcohol Clin Exp Res. - 2010. - Vol. 34, № 7. - P. 1226-1234.

9. James T. N. Effects of ethanol and acetaldehyde on the heart / T. N. James, E. S. Bear // American heart journal. - 1967. - Vol. 74, № 2. - P. 243-255.

10. Kamran K. Ethanol vapour induced dilated cardiomyopathy in chick embryos / K. Kamran, M. Y. Khan, L. A. Minhas // J Pak Med Assoc. - 2013. - Vol. 63, № 9. - P. 1084-1088.

11. Knapp D. J. Models of chronic alcohol exposure and dependence / D. J. Knapp, G. R. Breese // Methods Mol Biol. - 2012. - Vol. 829. - P. 205-230.

12. Milhomme D. [Alcoholic cardiomyopathy. How does the heart react to alcohol abuse?] // Perspect Infirm. - 2012. - Vol. 9, № 5. - P. 30-34.

13. Molecular mechanisms of myofibril assembly in heart / D. Auerbach [et al.] // Cell Struct Funct. - 1997. - Vol. 22, № 1. - P. 139-146.

14. Morimoto S. Sarcomeric proteins and inherited cardiomyocytes / S. Morimoto // Cardiovascular Research. - 2008. - Vol. 77. - P. 659-666.

15. Myofibrillogenesis in the developing chicken heart: assembly of Z-disk, M-line and the thick filaments / E. Ehler [et al.] // J. Cell Sci. - 1991. - Vol. 112. - P. 1529-1539.

16. Myofibrillogenesis visualized in living embryonic cardiomyocytes / G. A. Dabiri [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1997. - Vol. 16. - P. 9493-9498.

Анотація

У статті були порівняні якісні зміни у ультраструктурі шлуночкового міокарду ембріонів щурів контрольної групи (норма) та експериментальної (вплив етанолу) на різних етапах постнатального онтогенезу у нормі та після дії етанолу. Для данного дослідження використовувалися методи електронної мікроскопії, за допомогою яких були отримані електронні мікрофотографії. Аналіз отриманих даних, показав значні розбіжності у ультраструктурі скоротливого апарата кардіоміоцитів, протягом ранніх етапів постнатального розвитку щурів. Встановлено, що алкогольна інтоксикація включає порушення саркомерів з подальшою їх фрагментацію, дезоріентацією актинових та міозинових ниток. Ступінь порушення ультраструктури кардіоміоцитів експериментальної групи залежив від строку постнатального розвитку.

Ключові слова: етанол, міокард, міофібрили, саркомер, скоротливий апарат.

Размещено на Allbest.ru