Сердце, логотип
www.CARDIOGENES.dp.ua
строение и развитие сердечно-сосудистой системы
Кардиогенез :: Формирование гетерогенности митохондриального…
 
Гетерогенность миокарда и ее развитие в нормальном кардиомиогенезе (монография), Днепропетровск, 1996
Твердохлеб И.В. Гетерогенность миокарда и ее развитие в нормальном кардиомиогенезе. Днепропетровск, 1996
с.75
[ ⇐ назад | вперед ⇒ ]

Глава 2 Формирование гетерогенности митохондриального аппарата кардиомиоцитов

[...]

Совершенно иной характер соотношений обнаруживается между митохондриями 1-го и 3-го типов. В частности, площадь поверхности внутренней митохондриальной мембраны, включая мембраны крист, а также развитие аппарата крист в целом не имеют существенных различий. Это подтверждает сделанное ранее предположение о том, что ортодоксальная и конденсированная конфигурации "высокоэнергетических" митохондрий являются двумя изомерными формами существования одной и той же органеллы и отражают циклический характер функционирования митохондрий, которые специализированы на выработке креатинфосфата для миофибрилл кардиомиоцитов.

Рис. 76. Динамика плотности упаковки митохондрий (верхний ряд) и интегрального параметра
Рис. 76. Динамика плотности упаковки митохондрий (верхний ряд) и интегрального параметра гетерогенности (нижний ряд) митохондриального аппарата кардиомиоцитов в миокарде правого предсердия в развивающемся сердце человека и крысы.

Особым вопросом в рамках рассматриваемой проблемы является выяснение механизмов формирования гетерогенности митохондриального аппарата в ходе онтогенетического развития.

Исследования показали, что в желудочковом миокарде зрелых крыс, а также в сердце плодов человека на 40-й неделе внутриутробного развития количество "высокознергетических" митохондрий в ортодоксальной конфигурации (1-го типа) составляет около 3/4 от всей численности органелл; конденсированные конфигурации "высокоэнергетических" митохондрий (3-го типа) обнаруживаются в 7-9% случаев; "низкоэнергетические" митохондрии (2-го типа) составляют 15-18% от общего числа органелл. Важно отметить, что соотношение типов митохондрий на этапах онтогенеза является неодинаковым и существенно отличается от установленного в зрелых сократительных клетках (Табл.8; 9).

Рис. 77. Динамика плотности упаковки митохондрий (верхний ряд) и интегрального параметра
Рис. 77. Динамика плотности упаковки митохондрий (верхний ряд) и интегрального параметра гетерогенности (нижний ряд) митохондриального аппарата кардиомиоцитов в миокарде левого предсердия в развивающемся сердце человека и крысы.

Графический анализ статистических распределений интегральных параметров митохондрий, предложенный нами для характеристики различных типов ультраструктур. указывает на относительную однородность митохондриального аппарата в сократительных кардиомиоцитах на этапах раннего онтогенеза.

 

 Таблица 8. Количественное соотношение типов митохондрий (в % от общей численности органелл) в интрамуральной зоне миокарда левого желудочка на этапах кардйогенеза человека.

Стадия развития Типы митохондрий
1 2 3
5-я неделя эмбриогенеза - 100,0 -
6-я неделя  - " - - 100.0 -
7-я неделя  - " - 5,6 94.0 0,4
8-я неделя  - " - 11.3 87,2 1,5
плод 10 недель 23.6 73.7 2,7
плод 12 недель 40, 0 55,9 4,1
плод 14 недель 51.4 42,7 5,9
плод 16 недель 57,1 37,0 5,9
плод 20 недель 67,0 26,6 6,4
плод 24 недель 68,5 24,8 6,7
плод 28 недель 72,1 20,8 7,1
плод 32 недель 74,4 18,1 7,5
плод 36 недель 73,6 18,9 7,5
плод 40 недель 75,1 17,2 7,7
 

На 10-е сутки эмбриогенеза крыс и на 4-й неделе эмбриогенеза человека митохондрии сократительных кардиомиоцитов по своим ультраструктурным параметрам в значительной мере приближаются к "низкоэнергетическим" органеллам зрелых кардиомиоцитов (2-го типа), причем большая их часть представляет собой формирующиеся митохондрии: чрезвычайно широкое варьирование изучаемых показателей отражает различные стадии такого формирования. На начальном этапе миогенеза в кардиомиоцитах не обнаруживаются митохондрии "высокоэнергетического" типа и их конденсированные конфигурации (1-й и 3-й типы). В результате статистическое распределение интегральных параметров митохондрий имеет выраженную левостороннюю асимметрию и один частотный максимум (Рис.65).

 Рис. 78. Высокоэнергетические митохондрии в саркоплазме сократительной клетки правого предсердия
 Рис. 78. Высокоэнергетические митохондрии в саркоплазме сократительной клетки правого предсердия сердца человека на 24-й неделе плодного периода. Mf - миофибрилла; Mt - митохондрия: SG - специфическая предсердная гранула; N -ядро; G1 - гранулы гликогена. Стрелками указаны Z-диски. Ув.: 18000.

 

Таблица 9 Количественное соотношение типов митохондрий (в % от общей численности органелл) в интрамуральной зоне миокарда левого желудочка на этапах кардиогенеза крыс.

Стадия развития Типы митохондрий
1 2 3
12-е сутки эмбриогенеза - 100.0 -
14-е сутки  - " - 6.1 93.1 0,7
16-е сутки  - " - 9,3 89.6 1.1
18-е сутки  - " - 22,0 75,9 2,1
20-е сутки  - " - 38,7 57,7 3,6
22-е сутки  - " - 52,4 42.5 5,1
1-е сутки жизни 60,4 33,6 6,0
3-е сутки   - " - 69,8 23,4 6,8
5-е сутки   - " - 71.5 21,6 6,9
10-е сутки  - " - 71,5 21.6 6,9
20-е сутки  - " - 76,2 16.4 7.4
30-е сутки  - " - 76,1 16.8 7.1
60-е сутки  - " - 74,6 18.2 7.2
Зрелые животные 75,8 16.8 7,4

На 14-е сутки пренатального онтогенеза крыс и на 6-й неделе эмбриогенеза человека в кардиомиоцитах обнаруживаются органеллы, расположенные вблизи сформи рованных миофибрилл и соответствующие по своей структурной организации "высокоэнергетическим" органеллам зрелого миокарда (Рис.66). По количеству они составляют лишь около 6% всей клеточной популяции митохондрий; в этот же период обнаруживаются единичные конденсированные конфигурации митохондрий.

 

Рис. 79. Высокоэнергетические митохондрии в саркоплазме сократительной клетки
Рис. 79. Высокоэнергетические митохондрии в саркоплазме сократительной клетки левого правого предсердия сердца крысы на 18-е сутки прена-тального онтогенеза. Mf - миофибрилла; Mt -митохондрия; SG - специфическая предсердная гранула; N - ядро; G1 - гранулы гликогена; S1 -сарколемма; Z - Z-диск. Ув.: 8000.

На протяжении 3-й недели эмбрионального развития крыс, а также в позднем эмбриональном и раннем постэмбриональном периодах развития человека (по мере дифференцировки миофибриллярного аппарата) количество "высокоэнергетических" органелл ичих конденсированных конфигураций закономерно нарастает. Кривые распределения интегральных параметров изучаемых митохондрий постепенно утрачивают правостороннюю асимметрию, обусловленную преобладанием структурно и функционально незрелых органелл; в области широкого частотного максимума намечается разрыв, приводящий к появлению двух пиков (соответствующих митохондриям 1-го и 2-го типов).

У новорожденных крыс и в миокарде 14-недельных плодов человека "высокоэнергетические" митохондрии (1-го типа) начинают количественно превалировать в сократительных клетках (Табл.8; 9) и достаточно плотно упаковываются в межмиофибриллярных пространствах. В большинстве случаев такие митохондрии имеют размеры, соответствующие длине прилежащих саркомеров; иногда встречаются гигантские удлиненные митохондрии, занимающие длину 5 и более саркомеров (Рис.67).

Рис. 80. Структура низкоэнергетической митохондрии в парануклеарной зоне
Рис. 80. Структура низкоэнергетической митохондрии в парануклеарной зоне сократительного кардиомиоцита в миокарде правого предсердия новорожденной

Количественное соотношение между тремя типами митохондрий сократительных желудочковых кардиомиоцитов достигает своего "зрелого" состояния на 15-е сутки постнатального онтогенеза крыс и на 28-й неделе внутриутробного развития человека. Кривая статистического распределения интегральных параметров митохондрий приобретает два отчетливо выраженных частотных максимума с глубоким разделом фаз, что свидетельствует об отсутствии "переходных" форм органелл между "высокоэнергетическими" и "низкоэнергетическими" митохондриями, а также о завершенном характере формирования структурно-функциональной гетерогенности митохондриального аппарата.

Рис.81. Скопления гранул гликогена в непосредственной близости от межмиофибриллярных митохондрий
Рис.81. Скопления гранул гликогена в непосредственной близости от межмиофибриллярных митохондрий 1-го типа. Миокард правого предсердия     зрелой крысы. Ув.: 28000.

Количественная оценка степени гетерогенности митохондрий, проведенная по специально разработанной нами методике (И.В.Твердохлеб, 1994), позволила установить, что в различных отделах сердца и зонах сердечной стенки у человека и крысы уровень гетерогенитета митохондриального аппарата существенным образом различается; существенные топологические различия характерны также для количественного соотношения отдельных типов органелл и суммарной плотности упаковки митохондрий в саркоплазме кардиомиоцитов.

Выше мы изложили сведения о характере развития гетерогенности митохондрий в интрамуральной зоне левого желудочка человека и крыс на этапах онтогенеза. В субэпикардиальном слое стенки левого желудочка у изученных объектов нам не удалось обнаружить статистически значимых отличий параметров между двумя зонами ни на одной из стадий кардиогенеза, однако при ультраструктурном исследовании кардиомиоцитов в субэндокардиальной зоне был установлен ряд особенностей.

Рис. 82. Динамика плотности упаковки митохондрий и интегрального параметра гетерогенности
Рис. 82. Динамика плотности упаковки митохондрий и интегрального параметра гетерогенности (нижний ряд) митохондриального аппарата кардиомиоцитов в миокарде межжелудочковой перегородки в развивающемся сердце человека и крысы.

1. На начальных этапах эмбриогенеза темпы накопления плотности упаковки митохондрий гораздо более активны по сравнению с показателями интрамуральной и субэпикардиальной зон (Рис.68-70), однако эти сдвиги обусловлены в большей степени накоплением "низкоэнергетических" органелл (Рис.71). В указанный период степень гетерогенности митохондриального аппарата клеток субэндокарда выше, чем в других зонах желудочковой стенки.

2. Накопление митохондрий в постэмбриональном периоде развития человека и крыс резко замедляется; количественные перестройки в соотношении различных типов митохондрий и нарастание степени гетерогенности митохондриального аппарата проходят с меньшей скоростью (по сравнению с показателями интрамуральной и субэпикардиальной зон).

3. В субэндокардиальной зоне желудочковой стенки зрелых крыс и 40-недельных плодов человека плотность упаковки митохондрий, степень гетерогенности митохондриального аппарата и удельное количество "высокоэнергетических" органелл в среднем на 16-19% (р<0,05) уступают величинам, характерным для интрамуральной и субэпикардиальной зон стенки левого желудочка.

Рис. 83. Динамика плотности упаковки митохондрий (верхний ряд) и интегрального параметра
Рис. 83. Динамика плотности упаковки митохондрий (верхний ряд) и интегрального параметра гетерогенности (нижний ряд) митохондриального аппарата кардиомиоцитов в миокарде межп-редсердной перегородки в развивающемся сердде человека и крысы.

Сходный характер соотношений изученных показателей между зонами сердечной стенки обнаруживается при ультраструктурном анализе миокарда правого желудочка (Рис.72-74), однако при этом у новорожденных крысят наблюдается выраженное накопление числа "низкоэнергетических" митохондрий (особенно отчетливое в субэндокардиальной и интрамуральной зонах) (Рис.75).

Вполне вероятно, что это объясняется продолжающимся в неонатальном сердце активным включением гликолитических анаэробных реакций при значительных гемодинамических преобразованиях в малом круге кровообращения, при которых миокард правого желудочка испытывает наиболее выраженные перестройки.

В миокарде предсердий наблюдается комплекс сдвигов, которые существенно отличаются от установленных в желудочках. Так, в частности, на ранних этапах кар-диогенеза накопление митохондрий в саркоплазме сократительных кардиомиоцитов гораздо более замедлено; степень гетерогенности митохондриального аппарата на всех исследуемых онтогенетических этапах существенно уступает соответствующим показателям желудочковых кардиомиоцитов (Рис.76; 77). Характерно, что "высокоэнергетические" митохондрии накапливаются вблизи миофибрилл (Рис.78; 79) исключительно медленными темпами тя. даже в зрелом миокарде не превалируют количественно над "низкоэнергетическими" органеллами. Наибольшее количество таких митохондрий (2-го типа) обнаруживается в правом предсердии. В ряде случаев указанные органеллы содержат мало структурированный матрикс и нечеткие очертания крист (Рис.80). "Высокоэнергетические" митохондрии зрелых предсердных кардиомиоцитов в межмиофибриллярной субпопуляции часто окружены значительными скоплениями гранул гликогена (Рис.81).

Рис. 84. Характер развития крист высокоэнергетической межмиофибриллярной митохондрии.
Рис. 84. Характер развития крист высокоэнергетической межмиофибриллярной митохондрии. Сократительный миокард межпредсердной перегородки сердца человека на 32-й не деле плодного периода. Ув.: 38000.

В миокарде межжелудочковой перегородки плотность упаковки митохондрий значительно ниже, чем в желудочках (Рис.82), однако степень гетерогенности митохондриального аппарата и количественное соотношение между тремя типами митохондрий не имеют статистически значимых отличий от показателей, характерных для желудочкового миокарда.

Развитие митохондриального аппарата сократительных кардиомиоцитов в межпредсердной перегородке осуществляется наиболее низкими темпами по сравнению с другими изученными зонами миокарда. Низкие значения плотности упаковки митохондрий (как на этапах онтогенеза, так и в саркоплазме зрелых кардиоми-оцитов) сочетаются со сниженной степенью гетерогенности нитохонд-риального аппарата (Рис.83). При этом в популяции митохондрий преобладают "низкоэнергетические" органеллы. "Высокоэнергетические" митохондрии, расположенные между миофибриллами, в ряде случаев содержат значительно редуцированный аппарат крист (Рис.84).

Таким образом, функционирование митохондриального аппарата сократительных кардиомиоцитов основано на гетерогенности митохондрий, которая предусматривает наличие двух основных режимов работы митохондрий, один из которых представлен высокоэнергетическими органеллами в ортодоксальной и конденсированной конфигурациях, а другой низкоэнергетическими митохондриями.

Важным условием адекватной работы митохондрий является их отчетливый функциональный градиент в парануклеарной (синтез АТФ; низкоэнергетические митохондрии), межмиофибриллярной (синтез креатинфосфата; высокоэнергетические митохондрии) и субсарколеммальной (смешанный синтез; комбинация митохондрий) субпопуляциях. Ортодоксальная и конденсированная конфигурации высокоэнергетических органелл находятся в состоянии динамического равновесия и отражают циклический характер их функционирования, при котором около 10% межмиофибриллярных митохондрий находятся в состоянии функционального "резерва". Прямые и обратные трансформации между "низкоэнергетическими" и "высокоэнергетическими" митохондриями невозможны.

В ходе кардиомиогенеза происходит закономерное нарастание степени гетерогенности митохондриального аппарата, при котором значительно увеличивается содержание высокоэнергетических органелл. Формирование гетерогенитета митохондрий и степень развития митохондриального аппарата существенно различаются в отделах сердца и зонах сердечной стенки. Наиболее высокие темпы накопления энергетической емкости митохондрий и развития их гетерогенности характерны для интрамуральной и субэпикардиальной зон левого и правого желудочка, наиболее низкие темпы - в предсердных отделах. Дефинитивный уровень формирования гетерогенности митохондрий достигается в миокарде 32-недельных плодов человека и на 20-е сутки постнатального онтогенеза крыс.

Поддержка
 © 2008-2015 Cardiogenes.dp.ua
© обработка Dr. Andy  
Key words: heart, cardiogenesis, cardiac development. Ключевые слова: сердце, кардиогенез, гистогенез миокарда эндокарда эпикарда, ангиогенез, развитие сердечно-сосудистой системы, васкулогенез, эмбриология, теоретическая кардиология, врожденные пороки сердца, струны сердца. Миокард человека и животных, наука, медицина, ветеринария, сердце.
Rambler's Top100 li MyCounter