Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Возрастные изменения стереологических показателей миокарда белых крыс

ВАК РФ 03.00.11, Эмбриология, гистология и цитология

Автореферат диссертации по теме "Возрастные изменения стереологических показателей миокарда белых крыс"

^ ' ¡^ИН!ИС(ЙЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РСФСР НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

АБУЛАДЗЕ Земфнра Сергеевна

ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕРЕОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МИОКАРДА БЕЛЫХ КРЫС

03.00.11 —эмбриология, гистология и цитология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск 1990

Работа выполнена в лаборатории функциональной морфологии и патологии клетки Института цитологии и генетики СО АН СССР

Научный руководитель: доктор медицинских наук Д.А.Семенова

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

главный н.с. Н.Б.Христолюбова доктор биологических наук, с.н.с. В.В.Иванов

Ведущая организация: НИИ экспериментальной морфологии им. А.Натишвили ГССР

Защита состоится " / " 1990 года

в "_" часов на заседании специализированного совета

Д 074.42.01 при Новосибирском ордена Трудового Красного Знамени медицинском институте (630091, Новосибирск, Красный проспект, д.52, тел. 20-68-20)

п диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ордена Трудового Красного Знамени Новосибирского медицинского института

Автореферат' разослан "СУ ^Сс^/^у 1990 года

Ученый секретарь специализированного совета, доцент

А.Н.ЫАШАК

.rcrsEKats

ШЛ t

ОЫДАЯ ХАРАКГНРИСГИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема роста занимает ключевую позицию в решении задач, стоячих,в первую очередь, перед биологией развития, но от прогресса, достигнутого в этой области знаний, во многом зависят успехи изучения процессов регенерации, старения, канцерогенеза и пр.

В развитие теоретических представлений о росте целостных организмов внесли вклад многие видные ученые (Шмальгаузен И.И., 1928, 1935а,6} 1938; Лазарев П.П.,1945; Зотин А.И.,1974; Ав-тандилов Г.Г.,1975; Аршавский И.А.,1960,1975; Ыина М.В., Клеве-заль Г.А.,1976; Minot,1907; Robertson,1926; Bertalanfy,1938; 1960; Medawar,1941,1945; Brody,1945; Needham,1964 et al.).

Формирование нового направления в морфологии, связанного с изучением тканевого гомеостаза (Саркисов Д.С.,1977), показало перспективность выяснения взаимодействий структурных компонентов органов ро временном аспекте. В рамках этой про б лет первоочередными задачами гистологии являются определение не только и не столько качественных, но, главным образом, количественных характеристик роста и старения тканей, в том числе миокарда.

Принято считать, что сердце относится к наиболее всесторонне изученным органам.Как ни какая другая ткань миокард привлекает внимание гистологов и патоморфологов, биологов различного профиля.

Тщательно изучена ультраструктура нормального миокарда (Саркисов С.Д., Втюрин Б.В.,1967; Глаголева В.В., Чечулин Ю.С., 1968; Струков А.И., Пауков B.C.,1969; Митин К.С.,1974;Серов В.В. Пауков В.С.,1975; Афанасьев Ю.И.,Горячкина В.Л.,1977; Цагарели 3.Г.,1977; Румянцев ПЛ., 1982; McNutt,1969; Simpson et al., 1973; Хехт A.,1975 и многие другие). Тем не менее и по сей день остается много неизученных принципиально важных вопросов, существуют большие пробелы в сведениях о структурных (тканевых,клеточных, субклеточных) основах роста миокарда в позднем пост-натальном онтогенезе.

Рост органов и тканей можно определить как процесс, приводящий к увеличению их объема и массы. В большинстве случаев это увеличение идет параллельно увеличению числа клеток.Вопрос, • насколько согласуется с этим положением рост миокарда взрослых млекопитающих, изучен слабо, поскольку долгое время считалось, что кардиомиоциты желудочков сердца взрослых животных не способ-

ны к пролиферации (Аничков H.H. ,1912; Crundmann,l951; Linzbach,1955; Goss,1967; Cameron,1971).

В старческом периоде жизни во многих органах и тканях происходит уменьшение числа паренхиматозных клеток. Обусловлено ли это случайной гибелью или элиминация предусматривается "программой" старения - один из кардинальных вопросов (Стрелер Б.,1964; Лэмб м.,1980; Hinsull,Bellamy,1981 ; Kirkwood,1984; Johnson,1985; Pioli et al.,1986; Horton, Lindner, 1987), с ним же тесно связан неизученный вопрос о том, отражается ли на морфологических характеристиках клеток и тканей явление долгожительства.

Ответы на поставленные вопросы могут быть получены при использовании современных количественных методов исследования. К ним, в первую очередь, относится стереологический и морфэмет-рический анализ (Глаголев A.A.,1941; Салтыков С.А.,1970; Автан-дилов Г.Г.,1973;1977; Автавдилов Г.Г. и др.,1984; Христолюбо-ва Н.Б.,1977; Васильев Г. и др.,1977; Гнатюк Ы.С.,1983; Непомнящих Л.М. и др.,1984; Ковешников В.Г., Гнатюк М.С.,1986; Гуцол A.A.,1987; Underwood,1970; Aherne,1970; Weibel,1972), применяемый для определения сдвигов равновесия тканевых и субклеточных структур при физиологических, адаптационных и патологических процессах. Существенно дополняет стереологические исследования метод щелочной диссоциации фиксированных тканей (Белов Л.Н. и др.,1975; Коган М.Е. и др.,1976; Бродский В.Я. и др.,1983), с помощью которого возможно определение количественных и качественных характеристик популяции паренхиматозных клеток (Семенова J1.A. и др.,1986).

Лабораторные животные, преимущественно мелкие грызуны, оказались удобным объектом для моделирования ряда свойственных человеку заболеваний сердечно-сосудистой систеш, хотя полный перенос на человека данных, полученных на крысах и мышах, не всегда возможен. В частности изучение ранних этапов пост-натального онтогенеза сердца крыс и человека показало существенные различия, касающиеся явлений полиплоидии и многоядерности кардиомиоцитов (Румянцев П.П.,1982). Тем не менее, большинство экспериментов проводится, как правило, на половозрелых крысах, а в геронтологических исследованиях используются животные старческого и предельно старческих возрастов, и поэтому необходимы сведения о "норме" роста и старения сердца, присущей этим

животным.

Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы является проведение комплексного изучения миокарца белых крыс Вистар на последовательных этапах позднего постнатального онтогенеза, начиная с молодого и кончая предельно старческими возрастами.

В соответствии с целью настоящей работы были поставлены следующие задачи:

1) провести стереологический анализ тканевой организации миокарда и ультраструктуры кардиоыиоцитов раздельно левого и правого желудочков сердца;

2) провести количественный и качественный морфологический анализ левожелудочковых и правожелудочновых кардиоыиоцитов у тех же животных с применением метода щелочной диссоциации фиксированного миокарда;

3) используя данные морфологического, морфометрического стереологического и цитологического исследований определить структурные признаки роста и старения у белых крыс с нормальной и увеличенной продолжительностью жизни.

Научная новизна.В данной работе впервые определен на уровне световой и электронной микроскопии комплекс количественных морфологических признаков старения тканей й карциомиоцитов и выявлены различия между тканевой организацией миокарда желудочков у крыс нормо- и долгожителей. Впервые показано, что к старости исчезают (достоверные в молодом возрасте) различия между относительными стереологическими показателями тканевых компонентов и ультраструктур карциомиоцитов левого и правого желудочков сердца. С помощью анализа абсолютных показателей установлено, что рост и снижение массы миокарда обоих желудочков прямо зависят от изменений массы мышечной ткани, а абсолютный суммарный объем капилляров у крыс в позднем постнатальном онтогенезе не меняется. Впервые изучены стереологические и цитологические параметры миокарда правого желудочка сердца крыс в возрастном аспекте. Впервые установлена цикличность процессов роста объема кардиомиоцитов, пролиферации и физиологического уменьшения численности этих клеток у половозрелых крыс и асин-хронность этих циклов в левом и правом желудочках сердца. Впервые использовано сочетание методов стереологии и щелочной диссоциации фиксированного миокарда для изучения роста и старения сердца, что позволило получить принципиально новые све-

дения о возрастной динамике тканевых реорганизаций миокарда и ультраструктуры кардиомиоцитов в ходе позднего тостнатального онтогенеза.

Практическая ценность. Результаты исследования представляют собой разработку морфологических критериев роста и старения миокарда взрослых крыс Вистар с учетом динамики численности популяции и индивидуального роста объема кардиомиоцитов. Полученные новые данные расширяют представления о составляющих нормального (положительного и отрицательного) роста мышечной ткани сердца к рис и могут способствовать более полному пониманию механизмов патологических процессов: гипертрофии, атрофии и их особенностей у человека.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Положительный и отрицательный рост сердца крыс в позднем постнатальном онтогенезе определяется изменениями абсолютной суммарной массы мышечной ткани при постоянстве абсолютной суммарной массы ткани капилляров и соединительнотканного компонента миокарда желудочков.

2. Рост массы мышечной ткани в левом и правом желудочках сердца крыс протекает асинхронно и характеризуется чередованием циклов клеточной пролиферации и увеличения объема кардиомиоцитов.

3. Старение миокарда проявляется комплексом тканевых, клеточных и внутриклеточных перестроек в миокарде. Старческие изменения прогрессируют с возрастом и более выражены в правом желудочке сердца крыс.

Апробация работы.Материалы диссертации доложены на Ш Всесоюзной конференции "Ультраструктурные основы патологии сердца и-сосудов" (Тбилиси,1985), I Сьезде геронтологов и гериатров УССР (Киев,1988), 1У Всесоюзной конференции "Ультраструктурные основы патологии органов и тканей" (Тбилиси,1989).

Публикации. Опубликовано 6 работ по теме диссертации.

Объем и структура диссертации.Содемание изложено на 172 страницах машинописного текста и включает в себя введение, обзор литературы (I глава), I главу материалов и методов исследования, 3 главы собственных исследований, обсуждение получен-' ных результатов (I глава), выводы и список литературы.

Текст иллюстрирован 76 таблицами и 33 рисунками (микрофотографии, электронограммы, графики). Указатель литературы

включает 167 отечественных и 213 иностранных работ. Весь мате-

..-■•■'■- 4

риал, представленный в диссертации, получен, обработан и проанализирован лично автором.

МАТЕРИАЛ И iE ГОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Общая характеристика исследуемого материала. Объект для изучения качественных и количественных возрастных изменений структурных компонентов миокарда - сердца 30 крыс-самцов породы Вистар.

Для наблюдения было отобрано 62 здоровых животных 3-4 мес жизни с известной датой ровдения и одинаковой массой тела, которые содержались в стандартных условиях вивария. Схема этапной забивки животных была основана на классификации возрастных групп белых крыс, предложенной И.П.Западнюк и др. (1974), согласно которой к молодым половозрелым красам относятся особи в возрасте 5-10 мес, к зрелым - в возрасте II—18 мес; предетарческий период (19-23 мес) переходи? в старческий (24-30 мес), за которым следует предельно старческий возраст (31-40 мес).

Крыс последовательно забивали (по 5 особей) в середине молодого (8 мес), зрелого (14-15 мес), предстарческого (20-21 мес) и в конце старческого (30 мес) периодов жизни.

В старческом периоде жизни началась спонтанная гибель в отобранной популяции животных: гибли крысы с наиболее выраженными признаками одряхления. До 36 и 42 мес дожило соответственно 6 и 4 животных, вошедших в группу предельного старческого возраста (подгруппы I и В). Таким образом, материал настоящего исследования представлен основной.группой животных-норможителей и группой крыс-долгожителей.

Забой животных и взятие материала проводились единообразно: каждую крысу взвешивали, после декапитации сердце останавливали холодом и в течение 5 мин перфузировали охлажденным 4% парафор-мальдегидом на 0,1 М фосфатном буфере с pH 8,0 (Семенова Л.А.', 1976). После удаления предсердий раздельно взвешивали миокард правого желудочка (Ш) и левого желудочка с межжелудочковой перегородкой (Ж).

Количественная и качественная оценка популяции кардиояиоцитов-в миокарде желудочков сердца крыс.

Для количественной оценки популяции желудочковых кардио-миоцитов (КМЦ) был использован метод щелочной диссоциации фиксированного миокарда (Белов Л.Н. и др.,1975):

после получения суспензии КМЦ с концентрацией 5 мг ткани/мл

5

в счетной камере Футсса-Розенталя проводился сплошной подсчет ядер КЫЦ, сплошной подсчет 1000 КМЦ и определение в них доли клеток с разным количеством ядер. На основании полученных данных вычислялось абсолютное количество ядер КМЦ и КЫЦ в миокарде желудочков.

Для электронномикроскопического исследования из фиксированного сердца вырезали по 10 образцов миокарда Ш и Ш, до-фиксировали их 1% четырехокисью осмия и заливали в стирол-мета-крилат ( St о cken,Kommni ск, 1970 ). Ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца. Полутонкие срезы окрашивали метиленовым синим. Ультраструктурше исследования велись в электронном микроскопе tesxa BS-500 Материал для стереологического электронномикроскопического исследования миокарда отснимали на фотопленку микрат-200 в электронном микроскопе TESLA BS-512 при увеличении х 1500.

Стереологичеекое светооптическое и электронно-микроскопическое изучение структур миокарда.

Стереологический анализ тканевой организации миокарда осуществлен на полутонких поперечных срезах миокарда ЛЖ и Щ сердца; исследования велись в универсальном биологическом микроскопе nu-2 (k.zeiss) с применением многоцелевой тестовой системы коротких отрезков (Автандилов Г.Г.,1973). Длина проекции отрезков тестовых линий на препарат - 20 мкм. В каждом отделе сердца проводился подсчет 2000 точек (концов отрезков линий) с учетом их произвольного попадания на мышечные волокна, сосуды (преимущественно капилляры) и межмышечные пространства. Одновременно регистрировалось число пересечений тестовых линий с поверхностью мышечных волокон.

Для стереологического анализа ультраструктуры кардиомио-цитов кадры пленки с негативным- изображением электронограмм проецировали на экран аппарата для чтения микрофильмов при окончательном увеличении объекта х 25000. На изображение последовательно накладывали шаблон с тестовой системой коротких отрезков (длина проекции каждого линейного отрезка на объект равнялась 0,0008 мм).

В качестве первичных стереологических параметров определяли объемную плотность ( Vv ) шшечных волокон, сосудов, межмышечных пространств, миофибрилл, митохондрий, цитоплазмы; а также поверхностную плотность (sv .) шшечных волокон и

митохондрий. На основании этих данных вычисляли абсолютные стерео логические параметры: объемные ( у ), поверхностные ( s ) и поверхностно-объемные ( Sv/Vv ) отношения.

Все цифровые данные обработаны методами параметрической статистики с применением критерия Стьодента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

У генетически однотипных крыс породы Вистар с течением времени проявилась дисперсия скорости старения и продолжительности жизни: выделились подгруппы животных,дожиеших до 3 и 3,5 лет, то есть даже в столь малой выборке проявились закономерности, установленные на обширных популяциях разнообразных видов животных ( Medawar,1955; Wyrme-Edwards,1962; Лэмб, IS80 и др.).

Наблюдение за изменением массы тела, сердца и раздельно миокарда Ж и 1Ш позволило составить представление о динамике этих показателей у крыс нормо- и долгожителей (табл.1). В интервале 8-15 мес масса тела увеличилась в среднем на 11,5$, к 21 мес достигла 115$, к концу старческого периода (30 мес) -127$; у долгожителей обеих подгрупп масса тела оказалась одинаковой, превышающей уровень 8 мес на 68$.

Массы сердца и ЛЖ нарастают одинаково и достигают максимума (132,5$, р<0,001) к 21 мес, а затем, у крыс-норможителей, возвращаются к уровню зрелого возраста (116,0$, р<0,01). Масса миокарда Щ прирастает в большем темпе и увеличивается на 36$ уже к 15 мес. В последующем происходит снижение массы Ш до исходного уровня. Таким образом,положительный рост массы сердца до середины периода зрелости происходит преимущественно за счет роста миокарда Щ, а до середины предстарческого периода - только в результате роста массы Ж. Отрицательный рост массы сердца у норможителей связан с интенсивным снижением массы ПЖ.

У крыс-долгожитеяей, судя по массовым показателям, в индивидуальном развитии отсутствует фаза уменьшения магсы миокарда, характерная для старческого периода крыс-норможителей: масса сердца в 3 года увеличена на 13$ (р< 0,001), а у крыс в возрасте 3,5 года - на 19$ (р<0,001) по сравнению с пред-старческим периодом.

Миокард Ж крыс-долгожителей прекращает рост одновременно с остановкой роста массы тела: в 36 мес и 42 мес его масса на 50$ превышает уровень молодого возраста. Масса миокарда ПН в

Таблица I

Возрастные показатели массы тела,сердца и миокарда ЛЖ и ПШ у

крыс 8-42 мес

Возраст (мес) Масса тела(г) Масса сердца(мг) Масса ЛЖ(мг) Масса ШЦмг)

8 270,0 773,0 621,2 151,8

7,07 32,5 19,6 17,7

14-15 301,0 921,6х 715.4Х 206,2х

20-21 21,24 зю,охх 38,2 1022,2ХХХ 22,4 823,2ХХХ 19,1 ■у 199,0

30 9,49 342.4ХХХ 20,6 895,О** 18,2 756,2Х 8,27 138, е®"

36 3,5 454,0ХХХ 48,4 нвэ.?*** 47,8 961,0ХХХ 14,2 198,7х

42 7,5 451,0ХХХ 27,9 1214,0ХХХ 25,9 987,оххк 5,5 229,8ХХ '

12,1 26,1 29,4 8,25

числитель - среднее, знаменатель - ошибка среднего. х - р<0,05, хх - р<0,01, ххх - р< 0,001 то сравнении с 8 мес

интервале 21-36 мес не меняется, а у крыс, доживших до 42 мес,, масса ПК больше на 15% по сравнению с крысами 21 и 36 мес. Приведенные морфометрические данные демонстрируют асшхронность роста миокарда ЛЖ и Щ сердца крыс, которая является одним из обязательных компонентов развития (Щелкунов С.И.,1971).

Светооптическое исследование миокарда животных, забитых в последовательных периодах жизни, показало, что возрастные изменения на этом уровне выявить не удается. Гистологическое строение сердца всех животных одинаково, отсутствуют присущие стареющему миокарду человека склеротические изменения сосудов и кардиосклероз. Эта особенность миокарда старых крыс отмечалась и ранее: при биохимическом определении коллагена в миокарде было установлено ( КпогПпё, 1970 а,Ь ), что с возрастом его количество не нарастает.

Результаты изучения тканевой стереологической организации миокарда обоих желудочков представлены в таблицах 2 и 3. Анализ этих данных показал, что,в 8 мес каждому желудочку присуще свое соотношение обьемных плотностей мышечной, сосудистой тканей и содержимого ыежмышечных пространств. В 1Ж доля мышечных

Таблица 2

Динамика основных стереологических показателей тканевой организации миокарда, ультраструктуры КМЦ левого желудочка сердца крыс и численности популяции КМЦ

Параметр м е с я ц ы !К и 3 н и

Объемная 8 15 21 30 36 42

плотность:

мышечная ткань 0,680 0,685 0,695 0,698 0,759 0,737

0,010 0,013 0,009 0,013 0,014 0,013

капилляры 0,159 0,126 0,100 0,133 0,129 0,081

0,08 0,013 0,013 0,013 0,009 0,004

прочее 0,161 0,189 0,205. 0,178 0,112 0,182

0,008 0,025 0,009 0,007 0,050 0,015

КМЦ -миофибриллы 0,634 0,633 0,614 0,602 0,567 0,575

0,010 0,003 0,003 0,006 0,011 0,007

митохондрии 0,323 0,332 0,350 0,366 0,361 0,324

0,009 0,002 0,003 0,005 0,003 0,006

цитоплазма 0,040 0,037 0,035 0,026 0,72 0.101

0,002 0,002 0,004 0,004 0,011 0,007

Количество капил- 2882 2950 2853 2807 3044 3296

ляров на мм2 50,9 69,3 56,6 79,7 60,6 66,5-

Абсолютный сум-3 марный объемами )

мышечная ткань 398,4 462,2 540,0 492,5 688,6 686,8

12,9 14,9 15,7 35,4 23,0 22,0

капилляры 93,6 85,4 77 7 93,8 116,8 75,5

7,0 7,7 10,7 8,6 17,6 3,6

мышечных волокон 0,219 0,225 0,253 0,250 0,259 0,262

0,002 0,003 0,006 0,017 0,008 0,005

Уу митохондрий 0,510 0,526 0,571 0,611 0,639 0.564

Ут миофибрилл 0,022 0,006 0,004 0,014 0,015 0,016

Количество КМЦ 4,61 4,72 5,58 4,06 6,63 7,60

(млн) 0,66 0,48 0,37 0,61 0,33 0,66

Примечание: Уровень значимости различия показателей с молодым возрастом и между различными.возрастными группами приведен в тексте.

Таблица 3

Динамика основных стереологических показателей тканевой организации миокарда,ультраструктухы КНЦ правого желудочка сердца крас и численности популяции КМЦ

Параметр меся ц ы ж и 3 н и

Объемная плотность: мышечная ткань 8 15 21 30 36 42

0,633 0,011 0,646 0,011 0,650 0,015 0,647 0,016 0,735 0,019 0,741 0,029

капилляры 0,120 0,003 0,121 0,005 0,091 0,008 0,103 0,014 0,101 0,005 0.081 0,007

прочее 0,247 0,013 0,235 0,015 0,259 0,013 0,250 0,013 0,167 0,016 0,178 0,025

КМЦ - миофибриллы 0,681 0,002 0,655 0,005 0,614 0,003 0,596 0,005 0,603 0,007 0,481 0,008

митохоццрии 0.28Ь 0,007 0,315 0,005 0,345 0,002 0,362 0,001 0,345 0,004 0,315 0,004

цитоплазма Количество капилляров на мм 0,034 0,006 2561 43,4 0,029 0,009 2558 59,5 0,041 0,001 2779 34,8 0,042 0,006 3057 140 0,052 0,003 3177 28,9 0,104 0,005 3104 57,0

Абсолютный суммар-3

ный объем (мы )

шшечная ткань 90,5 124,8 121,6 84.8 137.6 160.2

10,4 10,4 2,8 9,3 3,9 4,5

капилляры 17,4 23,6 17,4 13,6 18,9 17,7

2,1 1,9 2,0 2,1 1,1 1.Ь

Эу Т? мышечных волокон 0.253 0,244 0,296 0,252 0.287 0,290

0,007 0,008 0,009 0,015 0,018 0,008

Ту митохондрий 0,418 0,480 0,561 0,607 0,574 0,569

Ту ыиофибрилл 0,011 0,011 0,006 0,005 0,013 0,037

Количество КМЦ (млн) 1,43 1,92 1,53 0,94 1.52 1,90

0,18 0,21 0,25 0,11 0,11 0,09

См. примечания к таблицам I и 2

10

волокон меньше на 1% (р< 0,002), доля капилляров - на 24£ (р<0,01), а доля межмышечных пространств больше на 53,(р< 0,001) чем в Ж. В последующие возрастные периоды эти различия градуально уменьшаются. В 30 мес миокард ПК отличается от миокарда ЛИ только большей на 29% долей межмышечных пространств (р<0,001), а у животных предельно старческих возрастов стере-ологическая организация обеих желудочков сердца одинакова.

С 8 мес до конца старческого возраста объемная плотность мышечных волокон постоянна (68-69$ в Ж и 63-65^ в Ш). У крыс-долгокитеяей этот показатель выше (751), р<0,01, в Ж и 54%, р<0,01, в ЕЖ).

Масса миокарда прямо зависит от абсолютного суммарного объема мышечной ткани, положительный и отрицательный рост которой связан с изменением общей протяженности мышечных волокон. Средняя толщина мышечных волокон в позднем онтогенезе не превышает достигнутой к 8 мес. В возрастных периодах, характеризующихся высокими значениями массы сердца, мышечные волокна достоверно (р<0,01) тоньше, о чем говорит повышение показате-ля:отношение поверхностной плотности к объемной плотности мышечных волокон (обратно пропорциональное среднему диаметру).

Объемная плотность капилляров в ЛЖ снижается к 21 мес до 63/£ и к 42 мес - до (р<0,001). Так же достоверно этот показатель снижен в ГШ до 76^ в 21 ме'с, до 84% - в 36 мес и до 67% - в 42 мес. Связано это с тем, что абсолютный суммарный объем капиллярного русла - величина постоянная. Данным обстоятельством объясняется также уменьшение просвета капилляров при повышении массы мышечных волокон.

Количество капилляров, приходящихся на I мм поперечных срезов миокарда, находится в обратной зависимости от таких параметров как диаметр мышечных волокон, ширина межмышечных пространств и диаметр самих капилляров. Количество капилляров на I мм в Ж постоянно до конца старческого возраста; к 36 мес намечается тенденция к увеличению их числа, а в 42 мес число капилляров повышено на 16$ (р< 0,001), из-за снижения диаметра мышечных волокон. В Ш количество капилляров на единиц площади увеличено по сравнению с молодым возрастом в 21 мес на 9% (р<0,01) и в 36-42 мес на 24-ЗГ& (р<0,001).

Объемная плотность и абсолютный суммарный объем межмышечных пространств широко варьируют от животного к животному в группах и от возраста к возрасту, что, очевидно, связано с необ-

ходимостью поддержания объема и массы миокарда желудочков на соответствующем массе тела уровне.

Закономерности возрастной динамики стереологической и тканевой организации миокарда желудочков сердца крыс, прослеженные в данном разделе работы, существенно дополняют разрозненные наб-лвдения других авторов, полученные при изучении стареющего миокарда ( Page et al.,1974; Page, McCallister,1973; Sachs et al., 1977).

Субмикроскопическое строение НЫЦ ЛЖ не имеет отклонений от нормы в 8-21 мес и 36-42 ыес, а КЫЦ ГШ - в 8,15,36,42 мес. В предстарческом и старческом возрастах (21 и 30 мес) в КЫЦ Ш с большой частотой обнаруживаются истончение ниофибрилл, лизис в них отдельных миофиламентов, обилие вторичных лизосом, гранул липофусцина, преобладание гликогена в вице цепочек малых бета-гранул, то есть признаки снижения синтеза белков (Семенова Л.А., Целлариус Ю.Г.,1978; Семенова и др.,1985). Аналогичные изменения встречаются в КЫЦ М старых крыс, но выражены и распространены они в значительно меньшей степени, а преобладающее количество КЫЦ сохраняет обычное строение. Перечисленный комплекс внутриклеточных изменений не имеет специфических для старения черт и отражает процесс атрофии (Непомнящих Л.Ы., Колесникова Л.В., 1979,1980; Непомнящих Л.М.,Семенов Д.Е. и др.,1985).

Основные стереологические показатели ультраструктурной ор-ганизаци КМЦ Ж и Ш в последовательных возрастах представлены в таблицах2 и 3. Анализ этих данных показал, что КМЦ из разных отделов желудочкого миокарда обладают в 8 мес характерной стереологической организацией, которая сохраняется в течение всего периода положительного роста. В 8 мес объемная ллотносгь миофиб-рилл в КЫЦ Ш на 7$ (р <0,001) больше, а объемная плотность ж~ тохоедрий - ниже на 13,4$ (р<0,01), чем в КМЦ ЛЖ. В зрелом возрасте эти различия количественно уменьшаются, но остаются достоверными, а в последувдие возрастные периоды полностью нивелируются, так как с возрастом проиходит постепенное, но более выраженное в КМЦ ГШ снижение объемной плотности миофибрилл и повышение объемной плотности митохондрий. Снижение доли миофибрилл в КМЦ Ж становится достоверными в 30 мес (на 5$, р<0,02) и достигает максимума (10$,р<0,001) в предельно старческом периоде жизни. Доли митохоадрий в КМЦ Ж в предстарческом возрасте превышает уровень 8 мес на 9$ (р<0,001) и на 13$ (pcO.OOI) в 36 и 42 мес. В КМЦ ГШ доля миофибрилл в 14-42 мес ниже на 15$

(р<0,001), а доля митоховдрий в 14-15 мес выше на 1Г? (р< 0,001 и в 30 мес составляет по сравнению с молодым возрастом.

Колебания размеров митохондрий, о которых судили по отно-шэнию их суммарной поверхностной плотности к объемной плотности, не зависят от возраста. Достоверное измельчение митохондрий, выявленное в отдельных возрастах вероятно связанно с тем, что время забияки животных случайно совпало с циклом размножения этих органелл, Изменения доли и абсолютного суммарного объема цитоплазмы КМЦ также не сопряжены с возрастом и выполняют функцию аналогичную функции межмышечной жидкости, то есть направлены на оптимизацию объема мышечных клеток сердца.

Стереологическая ультраструктурная организация КМЦ при нормальном росте существенно отличается от таковой при гипертрофии, для которой свойственно снижение объемной плотности митохондрий (при одинаковой с нормой суммарной массой) и увеличение их суммарной поверхности за счет измельчения этих органелл (Целлариус В.Г., Ерисковская Н.К.,1979).

Определение количественных характеристик популяции КМЦ раздельно леЕого и правого желудочков позволило получить существенные сведения, расширяющие трактовку морфометрических и стереоло-гических возрастных показателей миокарда.

Увеличение абсолютного суммарного объема мышечной ткани Ж к середине зрелого возраста оказалось связанным с ростом объема КМЦ при неизменившейся численности этих клеток. Иные изменения произошли в миокарде Ш: численность КМЦ и их ядер повысилась на 34'?, а объем клеток остался прежним. Таким образом в интервале 8-1Ь мес в миокарде желудочков протекали сазные процессы: в Ж - рост объема клеток, а в Ш - увеличение их количества. К 21 мес в миокарде ЛЖ количество КМЦ возросло ди 5,58+0,37 млн, т.е. на 2Го, причем объем одного КМЦ остался таким же, как в 14-15 мес. Достоверное увеличение абсолютного суммарного объема мышечных волокон миокарда ЛЖ на 11% по сравнению со зрелым возрастом также говорит о пролиферации КМЦ. Б рассматриваемы» возрастной период в Ш начинается снижение численности КМЦ - н\* популяция сократилась на 20!', а средний объем одного КМЦ возрос на 1ЕГ£, что компенсировало убыль клеток (масса шаючных волокон Ш в интервале 15-21 мес одинакова).'

К концу' старческого возраста крые-норможптелеп в мп^к.-Ж количество К»!Ц снизилось на 271, а абсолютный суммарны.1, : • —

еы шшвчной ткани - только на 956 по сравнению с предстарческиы возрастом за счет увеличения объема сохранившихся КМЦ. В Ш популяция КМЦ'уменьшилась на 39fo против уровня 21 мес и на Ы% по сравнению с 15 мес (р< 0,001). Убыль клеток сопровождалась увеличением индивидуального объема КЫЦ. Популяции КМЦ Ж и Ш в 30 мес характеризуются наиболее низкой долей одноядерных (8,7$ и 10,2&), и наиболее высокой долей двуяцерных (90,555 и 88,9%) клеток.

Увеличение абсолютного суммарного объема мышечной ткани на 27,5% в Ж за период 21-36 мес обусловлено как повышением на 1956 количества КМЦ, так и приростом на 9% (р<0,01) их объема. Прирост объема дашечной ткани ПЖ за этот же период составил 13!? (р< 0,01) и произошел только за счет увеличения размеров КМЦ. По-видимому цикличность и динамика роста миокарда желудочков у крыс 36 мес одинакова с норможителями и отличается только отсутствием фазы редукции популяции КМЦ в старческом периоде жизни. Численность популяции КЫЦ ЛЖ и ПК у крыс 42 мес соответственно на 15/5 и 25% выше таковой у крыс 36 мес, причем средний объем КЫЦ значительно меньше. По-ввдимому в данную группу вцде-лились животные, у которых рост мышечной ткани миокарда осуществлялся преимущественно за счет пролиферации КМЦ. Соотношение клеток с разным числом ядер у этих крыс одинаково с популяцией КЫЦ в 30 мес.

За последние два десятилетия получены неоспоримые доказательства того, что митотическое деление КЩ и рост численности их популяции в желудочках останавливаются не при рождении, а в возрасте 3-4 нед. Кроме того было показано, что у постоянно растущих животных, к которым относятся крысы, процесс гипертрофии миокарда в патологических условиях сопроволщается пролиферацией КМЦ ( Sasaki et al.,1968 a,bj 1970 a,b, с; Zak,1973). Данные настоящего исследования демонстрируют участие пролифера-тивного компонента в нормальном росте мышечной ткани миокарда и на поздних стадиях постнатального онтогенеза (Леонтьева Т.А., Абуладзе З.С. и др.,1983), его цикличность; и асинхронность протекания в Ж и Ш.

Уменьшение количества паренхиматозных клеток в органах при старческой атрофии - давно известное явление, до последнего времени не изучавшееся количественно из-за отсутствия методических возможностей. Механизм элиминации паренхиматозных клеток стал понятен после того как была открыта и морфологически изуче-

14

на программированная смерть клеток в эмбриогенезе и постнаталь-ном развитии органов ( Pexieder,1972,1975; Hurle et al.,1977; фрольнис B.B.,1978,1980; Лэмб М.,1980 и др.). В настоящее время накоплены наблюдения, говорящие об участии программированной клеточной смерти в ряде патологических процессов у взрослых млекопитающих и человека ( Kerr et al.,1972; Душников Е.Ф., Загребин В.М.,1987). При программированной клеточной смерти (апоптозе) происходит планомерная ликвидация клеток путем ауто-фагии и макрофагии. Возможность гибели КУЦ по механизму аппоп-тоза была выявлена у крыс при подавлении ДНК-зависимого синтеза РНК антрациклиновыми антибиотиками (Семенов Д.Е. и др.,1984). Как показало наше исследование, старческое снижение численности популяции ШД в сердце осуществляется,как и в других органах, ( Hiauii, Bellamy , 1981 ), по генетической программе, сохраняющей в жизнеспособном миокарде соотношение долей КЫЦ с разным числом ядер.

При рождении у всех млекопитающих, КМЦ содержат по одному ядру (Румянцев II.П. ,1972,1982; Katzberg et al., 1977 и др). С возрастом количество двуяцерных КМЦ увеличивается и становится преобладающим (Klinge, 1970; Румянцев Г].П.,1972). У крыс число двуядерных КМЦ прямо зависит от возраста, достигая в старческом и предельно старческом возрастах более 90?, что отличает миокард этих животных от миокарда человека, содержащего от 2(Н до 50% двуядерных КМЦ ( Schneider, Pfitzer,1973; Korecky, Rakusan, 1978 ; Васильева,Арефьева A.M.,1988).

ВЫВОДЫ

1. Период постнатального онтогенеза (от молодого до предельно старческого возраста) генетически однотипных крыс Вистар характеризуется индивидуальными колебаниями скорости роста, старения и продолжительности жизни. Крысы-норможители, одряхлевшие к 30 мес, растут до конца жизни, а долгожители перестают расти в 36 мес. Масса сердца у норможителей прирастает до 21 мес, а у долгожителей - до 36 мес.

2. Рост массы сердца kjhc определяется ростом абсолютной суммарной массы мышечной ткани при постоянстве абсолютной суммарной массы капилляров и неизменности соединительнотканного компонента миокарда желудочков.

3. Темп и время прироста массы шшечной ткани миокарда левого и правого желудочков различны, причем этот прирост обес-

печивается чередованием циклов роста кардиомиоцитов в длину с циклами их пролиферации, пи:ходя;л:мися на пики увеличения массы миокарда желудочков.

4. Отрицательный рост массы сердца у норможителей в старческом возрасте связан с преимущественным снижением массы мышечной ткани и численности кардиомиоцитов правого желудочка. У долгожителей в индивидуальном развитии отсутствует фаза уменьшения массы сердца.

5. У молодых крыс левый и правый желудочки достоверно различаются между собой по относительным стереологическим показателям тканей миокарда и ультраструктур кардиомиоцитов. Эти различия к 30 мес нивелируются вследствие постепенных количественных сдвигов.

6. Возрастные изменения проявляются: снижением доли капилляров и повышением доли мышечной ткани; уменьшением доли мио-фибрилл и ростом доли митохондрий. Перечисленные процессы в правом желудочке возникают более рано (14-15 мес), чем в левом

(21 мес) и темп их более высок в правом отделе сердца. Признаком старости являётся также рост доли двуядерных кардиомиоцитов, достигающий в 30 ыес 93t.

7. По стереологическим относительным показателям миокард обоих желудочков крыс-долгожителей достоверно отличается от миокарда желудочков норможителей более высокой долей мышечной ткани, более низкой долей капилляров, а кардиомиоциты - более низкой долей миофибрилл и наиболее высокой долей цитоплазмы. Формула яцерности желудочковых кардиомиоцитов достигает уровня старческого возраста норможителей только в 42 мес.

Соискатель

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Леонтьева Т.А.., Абуладзе З.С., Семенова I.A., Целлари-ус Ю.Г. Возрастные изменения популяции кардаомиоцитов желудоч-. ков сердца белых крыс // Онтогенез. - 1983. - Т. 14. -J8 6. -С. 624-628.

2. Морфометрический и стереологический анализ миокарда: Тканевая и ультраструктурная организация / Л.М.Непомнящих, Е.Л. Лушникова, Л.В.Колесникова, Д.Е.Семенов, М.Г.Чернокалова, З.С. Абуладзе, Н.К.Ерисковская. - Новосибирск, 1984. - 160 с.

3. Абуладзе З.С., Семенова Л.А., Целлариус Ю.Г. Возрастные количественные и качественные изменения ультраструктурл мышечных волокон миокарда белых крыс // Ультраструктурные основы патологии сердца и сосудов. - Тбилиси, 1985. - С.7-8.

4. Семенова Л.А., Абуладзе З.С., Семенов Д.Е. Ультраструктурная и количественная характеристика популяции кардиомиоцитов миокарда белых крыс предельно старческого возраста // там же. -С.202-203.

5.Непомнящих Л.М., Семенова Л.А., Абуладзе З.С., Семенов Д.Е. Ультраструктурные механизмы реактивности мышечных клеток сердца крыс в процессе старения // Труды I съезда геронтологов

и гериатров УССР. - Киев, 1988. - С.175-176.

6.Семенова Л.А., Непомнящих Л.М., Семенов Д.Е., Абуладзе З.С. Самостоятельные виды повреждения и гибели кардиомиоцитов': ультраструктура и механизмы возникновения клеточной смерти // Ультраструктурные основы патологии органов и тканей. - Тбилиси, 1989. - С.236-237.

Тип; СО АМН СССР. Зак 612,Тир.100.Печ.л. 1,0.1990