Сердце, логотип
www.CARDIOGENES.dp.ua
строение и развитие сердечно-сосудистой системы
Кардиогенез :: Формирование гетерогенности секреторного аппарата...…
 
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.115
[ ⇐ назад | вперед ⇒ ]

Глава 3 Формирование гетерогенности секреторного аппарата

Большой интерес исследователей к изучению предсердного миокарда у различных биологических объектов был обусловлен обнаруженными специфическими (секреторными) предсердными гранулами, впервые описанными 40 лет назад в публикации Kisch (1956). Активное накопление сведений о локализации, природе и биологической роли специфических гранул (П.П.Румянцев, 1972; Palade, 1961; Kisch. 1963; Hibbs et al., 1969; Theroti et al., 1978) привело к тому, что все сопоставимые по структуре саркоплазматические образования стали разделять на 4 основных типа - А, В, С и D. Было показано, в частности, что С-гранулы по своим ультраструктурным и гистохимическим характеристикам соответствуют лизосомам; собственно специфические предсердные гранулы представлены типами А, В и D (Marie et al., 1976; Cjantin et al., 1979; Heine, 1979; Yunge et al.. 1980).

Рис. 85. А - участок сократительного 
 кардиомиоцита в миокарде правого предсердия
Рис. 85. А - участок сократительного кардиомиоцита в миокарде правого предсердия зрелой крысы. Ув.: 8000. Б - участок саркоплазмы, обозначенный рамкой на рисунке 3.1-А. Ув.: 28000. Mf - миофибрилла; Mt - митохондрия; S1 - сарколемма; N - ядро; 1 -мембранная гранула; 2 - безмембранная гранула. Стрелками обозначены "тени" секреторных гранул.

 

В истории вопроса существовали и крайние точки зрения относительно выделения типов секреторных гранул (Seiden, 1979; Skepper et al., 1987), в соответствии с которыми появление ультраструктурных различий у типов А, В и D является результатом действия фиксаторов.

Гистохимические исследования позволили выяснить, что предсердные гранулы в значительной степени обогащены гликопротеинами (Huet et al., 1974; Shibata et al., 1976), дерматансульфатом (Heine. 1979), белками и полипептидами (de Bold et al., 1978). При этом активность кислой фосфатазы, которая является маркером лизосом, для специфических гранул оказалась весьма не характерной (Jamieson et al., 1964; Martinez-Palomo et al., 1966; Ferrans et al., 1969).

С помощью ультраструктурной авторадиографии было изучено накопление в специфических гранулах предшественников белкового синтеза - 3Н-лейцина (Cantin et al., 1979) и 14С-лейцина (Whitbeck et al.. 1969), a также углеводного синтеза - 3Н-фукозы (Yunge et al., 1979). Результаты этих исследований показали, что по своему происхождению предсердные гранулы неразрывно связаны с аппаратом Гольджи. В опытах Saetersdal с сотрудниками (1979) было показано, что стимуляция гиперплазии пластинчатого аппарата изопротеренолои обусловливала ускоренное накопление специфических предсердных гранул в саркоплазме кардиомиоцитов. Детальное исследование гистохимических (Borgers et al., 1971) и онтогенетических (М.М.Калашникова. 1981) особенностей комплекса Гольджи позволило предположить, что сложная структура данной органеллы способствует тонкой регуляции синтетических внутриклеточных процессов. В обзоре Rotman с соавторами (1987) проведен анализ общебиологических закономерностей в осуществлении мембранного транспорта, при котором центральное место принадлежит комплексу Гольджи (включающему 3 разновидности цистерн).

Рис. 86. Группы секреторных гранул в 
 малоструктурированной цитоплазме сократительной клетки
Рис. 86. Группы секреторных гранул в малоструктурированной цитоплазме сократительной клетки в миокарде левого предсердия 40-недельяого плода человека. Mf - миофибрилла; Mt - митохондрия; N - ядро; РА - пластинчатый аппарат Гольджи; G1 - гранулы гликогена. Стрелками указаны группы специфических предсердных гранул. Ув.18000.

При изучении реакций специфических предсердных гранул на введение различных фармакологических и токсических агентов был получен большой объем сведений, которые зачастую оказывались противоречивыми или нестабильно воспроизводимыми. Так, при введении экспериментальным животным резерпина была обнаружена активная дегрануляция секреторных гранул (Otsuka et al., 1969; Tomisawa. 1969), однако в аналогичных опытах других исследователей этот эффект не подтвердился (Kisch 1964b; Ferrans, 1969;). Подобная ситуация сложилась также при изучении влияния активации адренергических систем на поведение секреторных гранул: в опытах с раздражением сердечных симпатических нервов (Hibbs et al.. 1971) и при воздействии норадреналина, дофамина и изопротеренола (Okamoto, 1969; Hibbs et al., 1969) наблюдалось обогащение саркоплазмы миоцитов предсердиями гранулами, однако фармакологическое ингибирование адренергических элементов приводило к такому же результату или к отсутствию определенных сдвигов (Bencosme et al., 1971). В экспериментах с использованием атропина количество специфических гранул могло как увеличиваться (Tabata, 1978), так и уменьшаться (Hibbs et al., 1969).

Необходимо отметить, что в большинстве указанных публикаций мы не обнаружили конкретного указания на топологические особенности наблюдаемых сдвигов, хотя известно, что у различных млекопитающих число специфических гранул в миокарде правого предсердия более чем в 2 раза выше, чем в левых отделах (Р.А.Дробышева, 1975; Chang et al., 1969). Кроме того, секреторные гранулы распределены неравномерно даже в составе предсердий: наибольшая их плотность характерна для передней стенки предсердий и для кардиомиоцитов в составе ушек (Д.К.Акрамова и др., 1989).

Рис. 87. Соотношение активности 
 кислой фосфатазы миокарда в различных отделах сердца человека
Рис. 87. Соотношение активности кислой фосфатазы миокарда в различных отделах сердца человека (40 недель плодного периода) и зрелых крыс. ПУ и ЛУ - правое и левое ушки сердца; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

С середины 80-х годов успехи в изучении секреторного аппарата предсердных кардиомиоцитов начали связываться с применением иммуноцитологических методов; в результате проведенных экспериментов выяснилось, что специфические предсердные гранулы независимо от конкретного типа содержат так называемый предсердный натрийуретический полипептид, или фактор (Н.А.Артемян и др.. 1986; П.М.Гениатулина и др., 1991; Argentin et al.. 1994).

С помощью электронной иммуноцитохимии было показано, что этот фактор содержится как в гранулах атриальных кардиомиоцитов, так и на базальной мембране клеток, а также в субэндокардиальном пространстве (Gilloteaux et al., 1991). На основании этих наблюдений авторы предполагают, что после экзоцитоза полипептид диффундирует через эндокард и выделяется в полость  предсердия, причем эндотелиальная выстилка предсердий играет важную роль в контроле транспорта гормона в кровь. При использовании меченого I синтетического предсердного натрийуретического гормона было установлено преимущественное накопление метки в правом ушке (Kikushi et al., 1987). Детальный топологический анализ распределения гормона проведен в серии работ Toshimori с сотрудниками (1987; 1988). Выяснилось, в частности, что преимущественные области локализации гранул - парануклеарные и апикальные участки сократительных клеток; наряду с выраженным накоплением натрийуретического фактора в ушках определенное его количество обнаруживалось также в клетках атриовентрикулярного узла и проводящих элементов желудочков, однако здесь гранулы оказались мелкими и встречались непостоянно.

Рис. 88. Участок миокарда правого предсердия 
 зрелой крысы. Светлая клетка
Рис. 88. Участок миокарда правого предсердия зрелой крысы. "Светлая" клетка между интенсивно окрашенными кардиомиоцитами. Гистохимическая реакция на кислую фосфатазу по Gossrau. Ок.15, об.100.

Существенная неоднородность накопления предсердных гранул в составе предсердных кардиомиоцитов обусловила попытки выделить различные разновидности клеток; в публикации Р.А.Дробышевой и С.А.Тумакова (1978) описаны 3 такие разновидности по характеру накопления предсердных гранул, однако авторы не указали (и, видимо, не использовали) конкретных количественных критериев, на основании которых была предложена классификация. Кроме того, исследование проводилось на одиночных, но не на серийных ультратонких срезах миокарда; если учесть, что плотность упаковки секреторных гранул в саркоплазме редко превышает 1% от клеточного объема (Marie et al., 1976), становится очевидной выраженная зависимость получаемых результатов от ориентации срезов.

Рис. 89. Участок миокарда левого желудочка 
 зрелой крысы. Темная клетка.
Рис. 89. Участок миокарда левого желудочка зрелой крысы. "Темная" клетка между слабо окрашенными кардиомиоцитами. Гистохимическая реакция на кислую фосфатазу по Gossrau. Ок.15, об.90.

При ультрацитохимическом выявлении мест связывания предсердного натрийуретического полипептида было показано, что рецепторы к данному гормону локализованы не только в эндокарде предсердий, но и в эндотелиальной выстилке аорты, легочной артерии и желудочков (Rutherford et al., 1992).

При проведении экспериментальной трансплантации сердец свиньи, а также в условиях клиники у человека выявлена локализация гормон-содержащих секреторных гранул не только в клетках предсердий, но и в кардиомиоцитах субэндокардиальной зоны желудочков (Pucci et al., 1992).

Разрабатываемая проблема предусматривает не только топологические аспекты, но в значительной мере связана с вопросами онтогенетических преобразований секреторного аппарата сократительных клеток миокарда. Выяснилось, что появление специфических предсердных гранул существенно отстает от формирования примитивного миофибриллярного аппарата в миокарде млекопитающих (Jamieson et al.. 1964; Navatnam et al., 1989; Gllloteaux, 1989), включая человека (Lichnovsky et al., 1976; Obrucnik et al.. 1978). При этом данные ряда авторов находятся в значительном противоречии по отношению друг к другу. Так, по мнению Р.А. Дробышевой (1975), у эмбрионов крыс уже на 13-е сутки можно обнаружить специфические гранулы в составе некоторых предсердных клеток; в исследовании В.Б.Потаповой с сотрудниками (1976) первые единичные гранулы обнаруживались к концу эмбрионального развития крыс. Между тем, исследователи едины во мнении, что первые гранулы мелки и не разделяются на типы А, В и D; по мере развития секреторного аппарата происходит интенсивное формирование дефинитивных размеров специфических предсердных гранул и разделение на типы (Р.А.Дробышева, 1975; В.Б.Потапова и др.. 1976; Saetersdal et al., 1980; Nifune et al., 1991).

Рис. 90. Кривая статистического распределения 
 количества мембранных специфических гранул
Рис. 90. Кривая статистического распределения количества мембранных специфических гранул в саркоплазме кардиомиоцитов правого предсердия в сердце 40-недельных плодов человека и зрелых крыс.

Параллельно с указанными сдвигами наблюдается существенная редукция аппарата Гольджи, выраженная, однако, гораздо в меньшей степени по сравнению с желудочками (П.П.Румянцев, 1977; Pager, 1968). Характерно, что уровень накопления гликогеновых гранул в предсердных кардиомиоцитах человека и других млекопитающих также существенно выше, чем в саркоплазме желудочковых сократительных клеток (П.П.Румянцев. 1978; В.А.Козлов и др.. 1995; Toth et al.. 1967).

Исходя из анализа данных научной литературы, представленных в настоящем разделе, становится очевидным, что многие вопросы, связанные с формированием секреторного аппарата кардиомиоцитов еще весьма далеки от своего разрешения. Несмотря на многочисленность сведений о неоднородности секреторных предсердных гранул, о неодинаковом распределении их в отдельных сократительных клетках и тканевых участках миокарда в составе предсерднои стенки, сегодня мы еще не можем сделать определенного и однозначного заключения о соотношении между типами специфических гранул в зрелом и развивающемся сердце, а также о проявлениях секреторной функции кардиомиоцитов в зависимости от их топологических особенностей.

Рис. 91. Кривая статистического распределения 
 количества безмембранных специфических гранул.
Рис. 91. Кривая статистического распределения количества безмембранных специфических гранул в саркоплазме кардиомиоцитов правого предсердия в сердце 40-недельных плодов человека и зрелых крыс.

При ультраструктурном исследовании миокарда человека на 36-40-й неделе внутриутробного развития, а также в зрелом миокарде крыс обнаруживаются выраженные различия желудочкового и предсердного отделов сердца по характеру секреторной активности кардиомиоцитов. В миокарде предсердий у изученных объектов стабильно выявляются специфические секреторные гранулы. В настоящее время отчетливо установлено, что указанные предсердные гранулы содержат белковые молекулы натрийуретического гормона. На фоне слабо ориентированных миофибрилл определяются различные конфигурации специфических гранул, которые выраженно варьируют по размерам и электронной плотности (Рис.85). В соответствии с распространенной классификацией пердсерд-ных гранул на A-, В- и D-типы, обнаруживаемые нами различия являются характерной особенностью секреторного аппарата предсердных кардиомиоцитов. Учитывая, что натрийуретический фактор является главным компонентом специфических гранул, логично представить существование ультраструктурных различий между ними как результат определенной смены фаз поведения гранул в саркоплазме клеток, но не как фиксированный гетероге-нитет по химическому составу.

Рис. 92. Кривая статистического распределения 
 относительного объема мембранных специфических гранул.
Рис. 92. Кривая статистического распределения относительного объема мембранных специфических гранул (%) в саркоплазме кардиомиоцитов правого предсердия в сердце 40-недельных плодов человека и зрелых крыс.

На основании данных ультраструктурного исследования серийных срезов миокарда нам не удалось выявить существования определенных четко разграниченных типов секреторных гранул по их диаметру или электронной плотности: широкое варьирование указанных характеристик не имеет дискретного характера. Тем не менее, нами обнаружен чрезвычайно важный качественный признак, позволяющий отчетливо разделить всю популяцию специфических гранул на 2 субпопуляции. Заключается этот признак в том, что определенное количество специфических предсердных гранул имеет четко выраженное мембранное окружение (Рис.85-Б); остальные гранулы лишены мембраны и имеют "размытую" периферию; переходные формы (с частично сохраненными мембранами) обнаруживаются крайне редко.

Содержимое мембранных гранул представляет собой мало структурированное осмиофильное вещество, которое равномерно распределяется в ограниченном мембраной пространстве гранул или, реже, имеет незначительные уплотнения. Диаметр указанных гранул варьирует от 120 до 250 нм и составляет в среднем 186±32 нм (миокард 40-недельного плода человека) и 212±50 нм (зрелый миокард крысы).

Рис. 93. Кривая статистического распределения 
 относительного объема безмембранных специфических гранул
Рис. 93. Кривая статистического распределения относительного объема безмембранных специфических гранул (%) в саркоплазме кардиомиоцитов правого предсердия в сердце 40-недельных плодов человека и зрелых крыс.

Безмембранные специфические гранулы в еще большей степени, чем мембранные, варьируют по размерам (от 60 до 250 нм) и электронной плотности; в ряде случаев в саркоплазме кардиомиоцитов обнаруживаются лишь "тени" безмембранных гранул. Средние значения диаметра безмембранных специфических гранул составляют в предсердном миокарде 40-недельных плодов человека 98±18 нм; в предсердиях у зрелых крыс - 125±21 нм.

Анализ серийных ультратонких срезов показал, что топология мембранных и безмембранных гранул в саркоплазме кардиомиоцитов не определяет сколько-нибудь выраженного преобладания типов в парануклеарной или субсарколеммальной локализациях.

 

И те и другие гранулы обнаруживаются в различных участках саркоплазмы, причем в большинстве случаев они объединяются в достаточно четко очерченные кластеры, по-разному удаленные от пластинчатого аппарата Гольджи (Рис.86). При этом количество гранул в непосредственной близости от комплекса Гольджи существенно преобладает над их численностью в периферических группах специфических гранул. Достаточно часто в группах специфических гранул накапливаются митохондрии, которые по своим ультраструктурным характеристикам соответствуют описанным нами "низкоэнергетическим" органеллам (см. материалы 2-й главы).

Рис. 94. Соотношение количества 
 секреторных кардиоми-оцитов 1-го и 2-го типов (%) в развивающемся миокарда.
Рис. 94. Соотношение количества секреторных кардиоми-оцитов 1-го и 2-го типов (%) в развивающемся миокарде человека (40 недель плодного периода) и зрелых крыс. ПУ и ЛУ - правое и левое ушки сердца: ПП и ЛП - правое и левое предсердия; МПП - межпредсердная перегородка.

 

 

Существование указанных разобщенных групп, содержащих мембранные и безмембранные секреторные гранулы, позволяет сделать 2 важных заключения относительно функционирования секреторного аппарата кардиомиоцитов: 1) формирование гранул и их продвижение из внутренних клеточных участков в субсарколеммальную зону осуществляется дискретно, определенными порциями (по 10-25 гранул) (Рис.86); 2) выделение содержимого секреторных гранул (дегрануляция) происходит не только в зоне, прилежащей к клеточной мембране, но и в глубоких участках саркоплазмы кардиомиоцитов.

Наряду со специфическими секреторными гранулами в саркоплазме предсердных кардиомиоцитов определяются лизосомы, которые дс недавнего времени обозначались в научной литературе как С-тип секреторных гранул. При гистохимической анализе активности кислой фосфатазы, являющейся маркерным (специфичным) ферментом лизосом, обнаруживается выраженная гетерогенность различных участков миокарда предсердий и желудочков по уровню накопления гистохимической метки (Рис.87). Количественная цитофотометрическая оценка срезов миокарда показала, что наибольшая активность кислой фосфатазы характерна для клеток правого ушка; в миокарде левого ушка, а также в кардиомиоцитах предсердий и межпредсердной перегородки интенсивность фосфатазной реакции достаточно высока, но все же уступает значениям, характерным для правого ушка. Наименьшие значения активности кислой фосфатазы установлены в желудочковом миокарде. Интенсивность гистохимической метки в миокарде межжелудочковой и межпредсердной перегородок сердца 40-недельных плодов человека и зрелых крыс не имеет статистически значимых различий и занимает промежуточное положение между величинами, установленными в предсердиях и желудочках (Рис.87).

Рис. 95. Численная плотность специфических 
 секреторных гранул в саркоплазме кардиомиоцитов
Рис. 95. Численная плотность специфических секреторных гранул в саркоплазме кардиомиоцитов в участках миокарда предсердий сердца человека (40 недель плодного периода) и зрелых крыс. ПУ и ЛУ - правое и левое ушки сердца; ПП и ЛП - правое и левое предсердия; МПП - межпредсердная перегородка.

 

 

Характерной особенностью распределения гистохимической метки активности кислой фосфатазы в миокарде является то обстоятельство, что отдельные кардиомиоциты обладают различной способностью к гистохимическому окрашиванию. Так, в миокарде предсердий и ушек сердца мозаичность окрашенных тканевых срезов обусловливается преобладанием "темных" клеток, между которыми на поперечных срезах выявляются одиночные "светлые" кардиомиоциты (Рис.88). Напротив, в желудочковом миокарде количественно преобладают клетки с низкой или умеренной ферментативной активностью, между которыми в единичных случаях определяются миоциты с интенсивно окрашенной саркоплазмой (Рис.89). Необходимо отметить, что в нашем исследовании не обнаружены переходные формы сократительных клеток (по характеру накопления гистохимической метки на кислую фосфатазу), что свидетельствует о существовании по крайней мере двух отчетливо различающихся популяций кардиомиоцитов, в различной степени содержащих лизосомы.

Рис.96. Равномерное распределение 
 гистохимически выявляемой активности кислой фосфатазы
Рис.96. Равномерное распределение гистохимически выявляемой активности кислой фосфатазы (реакция по Gossrau) в миокарде правого желудочка сердца крысы на 16-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.40.

 

Учитывая определенную функциональную связь лизосом с секреторным аппаратом предсердных кардиомиоцитов, а также отчетливую корреляцию между изученными гистохимическими и ультраструктурными показателями миоцитов в различных отделах миокарда, становится актуальным вопрос о том, различаются ли отдельные клетки или клеточные комплексы по уровню выраженности секреторного аппарата. Для разрешения этого вопроса мы использовали анализ серийных ультратонких срезов миокарда предсердий человека и крысы с определением числа содержащихся специфических гранул в саркоплазме одного кардиомиоцита, определением плотности их упаковки и измерением диаметра (дифференцированно по мембранным и безмембранным специфическим гранулам).

Рис. 97. Участки миокарда левого 
 предсердия.
Рис. 97. Участки миокарда левого предсердия в сердце 7-дневной крысы. А - одиночная клетка с повышенной активностью кислой фосфатазы; Б -группа кардиомиопитов с высокой ферментативной активностью, отделенная от прилежащих волокон прослойками соединительной ткани. Гистохимическая реакция на кислую фосфатазу по Gossrau. Ок.15, об.100.

Результаты ультраструктурного исследования показали, что в зрелом предсердном миокарде совокупность сократительных кардиомиоцитов представлена неоднородной клеточной популяцией: при графическом анализе статистических распределений количества и относительного объема мембранных и безмембранных гранул определяются 2 типа клеток с различающимися значениями указанных характеристик (Рис.90-83), из данных таблицы 10 видно, что кардиомиоциты 1-го типа более чем на порядок плотнее насыщены специфическими гранулами (по сравнению с клетками 2-го типа), которые по своей плотности упаковки в саркоплазме 30-кратно превышают значения кардиомиоцитов 2-го типа. При этом статистически значимых различий между миокардом человека (40 недель плодного развития) и зрелой крысы не обнаруживается. Величина диаметра мембранных и безмембранных предсердных гранул имеет сопоставимые величины в кардиомиоцитах обоих типов. Соотношение мембранных и безмембранных гранул в саркоплазме клеток 1-го типа (выраженная величина дегрануляции существенным образом отличается от этого соотношения в клетках 2-го типа (низкая степень дегрануляции).

 Таблица 10 Значения ультраструктрных параметров секреторного аппарата в саркоплазме кардиомиоцитов 1-го и 2-го типов (по данным серийной ультраструктурометрии миокарда 40-недельных плодов человека и зрелых крыс).

Параметры

Человек

Крыса

 

1-й тип

2-й тип

1-й тип

2-й тип

Количество мембранных гранул

108,4±18,1

6,3±2,0

88.5±16,1

6,1±1.4

Количество безмембранных гранул

68.3±11.6

0,6±0,1

52.4±8,3

0,74±0,11

Диаметр мембранных гранул (нм)

174.1±23,4

193.2±21.4

196,5±26,1

209,7±25,2

Диаметр безмембранных гранул (нм)

96,3±19,7

103.5±22,0

124.7±19,5

121.9±23,8

Относительный объем мембранных гранул (% от объема клетки)

1,96±0.36

0,12±0.05

2.06±0.31

0,16±0,04

Относительный объем безмембранных гранул (% от объема клетки)

1,09±0,24

0.03±0,01

0.96±0,19

0,03±0,01

Количество лизосом

44,3±10,2

14,8±2,1

36,2±6,8

10,4±1,9

 

Рис. 98. Участок миокарда правого желудочка 
 сердца крысы на 10-е сутки постнатального онтогенеза.
Рис. 98. Участок миокарда правого желудочка сердца крысы на 10-е сутки постнатального онтогенеза. Одиночная клетка с высокой активностью кислой фосфатазы. "Темная" клетка между слабо окрашенными кардиомиодитами. Гистохимическая реакция по Gossrau. Ок.15, об.100.

Приведенные данные являются свидетельством существования выраженного гетерогенитета популяции миоцитов миокарда по проявлению секреторной функции. Очевидно, что клетки первого типа высоко специализированы в отношении секреции натрийуретического фактора; кардиомиоциты второго из описанных типов имеют низкую секреторную специализацию. В миокарде предсердий, ушек и межпредсердной перегородки не удается обнаружить даже единичных кардиомиоцитов, полностью лишенных специфических предсердных гранул.

При изучении взаимного распределения клеток 1-го и 2-го типов в составе миокарда стенки предсердий, правого и левого ушек, а также межпредсердной перегородки обнаружилось, что наибольшее количество высоко специализированных секреторных кардиомиоцитов содержится в правом ушке (свыше 70% от всех миоцитов). В миокарде левого ушка количество клеток 1-го типа составляет немногим более половины клеточной популяции; в миокарде правого и левого предсердий количественна преобладают уже клетки 2-го типа; межпредсердная перегородка сердца 40-недельного плода человека и зрелой крысы включает лишь 10-13% высоко специализированных секреторных кардиомиоцитов (Рис.94).

Рис. 99. Динамика изменений показателя 
 гетерогенности кардиомиоцитов по активности кислой фосфатазы.
Рис. 99. Динамика изменений показателя гетерогенности кардиомиоцитов по активности кислой фосфатазы в различных отделах миокарда человека на этапах онтогенеза. ПУ и ЛУ-правое и левое ушки сердца; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпред-сердная перегородки.

Необходимо подчеркнуть, что полученные данные отражают лишь соотношение между 1-ми 2-м типами кардиомиоцитов в составе изученных отделов предсерднои стенки, однако не являются адекватной характеристикой общей секреторной функции различных участков миокарда, так как в составе межпредсердной перегородки, в частности, большая часть клеточных элементов не имеет отношения к сократительному миокарду (клетки проводящей системы; пейсмекерные элементы и др.). Учитывая это обстоятельство, различия участков предсердного миокарда по их секреторной активности в целом оценивали при подсчете средней численной плотности специфических гранул в объеме ткани (но не в саркоплазме определенных кардиомиоцитов).

Результаты показали, что наивысшая секреторная активность характерна для миокарда правого ушка сердца 40-недельных плодов человека (Рис.95); в миокарде левого ушка и стенки правого предсердия величины численной плотности специфических гранул в среднем в 1,5 раза уступают значениям правого ушка; плотность гранул в миокарде левого предсердия и межпредсердной перегородки более чем 4-кратно снижена по сравнению с соответствующим значением в правом ушке. Аналогичная закономерность установлена в предсердном миокарде зрелых крыс (Рис.95).

Рис. 100. Динамика изменений показателя 
 гетерогенности кардиомиоцитов по активности кислой фосфэтазы.
Рис. 100. Динамика изменений показателя гетерогенности кардиомиоцитов по активности кислой фосфэтазы в различных отделах миокарда крысы на этапах онтогенеза. ПУ и ЛУ - правое и левое ушки сердца; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Оценивая приведенные выше результаты количественной и качественной оценки секреторной активности зрелых кардиомиоцитов (миокард поздних плодов человека и зрелых крыс), мы считаем возможным сделать ряд предварительных заключений о характере гетерогенности секреторного аппарата: а) секреторная активность существенным образом различается по своей выраженности в изученных отделах миокарда предсердной стенки; б) указанные различия в большой мере определяются количественным соотношением между выявленными типами кардиомиоцитов (высоко и низко специализированными в отношении секреторной функции); в) специфический секреторный аппарат кардиомиоцитов включает два типа гранул (мембранные и безмембранные), количество которых и соотношение между которыми определяют секреторную активность высоко и низко специализированных предсердных кардиомиоцитов.

Для установления гистогенетических закономерностей развития секреторного аппарата кардиомиоцитов и для уточнения характера перестроек в количественном соотношений между типами мышечно-секреторных клеток миокарде в исследовании изучены онтогенетические динамики тех параметров, которые были проанализированы в миокарде 40-недельных плодов человека и у зрелых крыс.

 Рис. 101. Характер развития 
 секреторного аппарата кардиомиоцитов в миокарде правого предсердия
 Рис. 101. Характер развития секреторного аппарата карди-омиоцитов в миокарде правого предсердия сердца человека на 6-й неделе эмбриогенеза. Mt - митохондрия; N - ядро; РА - зачатки пластинчатого аппарата Гольджи; G1 - гранулы гликогена; 1 - мембранная секреторная гранула; 2 - безмембранная секреторная гранула. Ув.: 18000.

При проведении гистохимического исследования активности кислой фосфатазы в раннем эмбриональном миокарде человека (5-6-я неделя эмбриогенеза) и крыс (14-16-е сутки эмбриогенеза) обнаруживается, что различия в интенсивности гистохимической реакции между предсердиями и желудочками не имеют статистически достоверного характера; при этом активность кислой фосфатазы находится на чрезвычайно низком уровне. К концу эмбрионального периода развития в развивающемся миокарде человека отмечается умеренное нарастание фосфатазной активности кардиомиоцитов, причем уже на этом этапе обнаруживается существенный гетерогенитет различных изученных участков миокарда по ферментативной активности кислой фосфатазы: в наибольшей степени гистохимическая метка накапливается в обоих сердечных ушках, левом предсердии и межпредсердной перегородке. Аналогичная закономерность, но с меньшей скоростью нарастания фосфатазной активности, наблюдается в миокарде крысы с 16-х по 20-е сутки эмбрионального развития.

В период с 10-й по 24-ю неделю плодного периода развития человека и в течение 1-й недели жизни крыс происходит активное нарастание активности кислой фосфатазы во всех изученных участках миокарда предсердий; в желудочковом миокарде и в межжелудочковой перегородке наблюдается первоначальное незначительное повышение гистохимически определяемой фосфатазной активности с последующей редукцией значений до уровня, характерного для эмбрионального миокарда.

Рис. 102. Фрагмент саркоплазмы 
 кардиомиоцитов в миокарделевого предсердия сердца человека
Рис. 102. Фрагмент саркоплазмы кардиомиоцитов в миокарделевого предсердия сердца человека на 6-й неделе эмбриогенеза. Мf - миофибрилла; N - ядро; РА - развитые цистерны пластинчатого аппарата Голь джи. Ув.: 7000.

 

На протяжении заключительного триместра беременности в сердце человека и в постнатальном онтогенезе крыс происходит стабилизация значений активности кислой фосфатазы в различных участках миокарда. Соотношение между уровнем активности гистохимической реакции в изученных участках устанавливаются таким образом, что наивысшая фосфатазная активность наблюдается в правом ушке; миокард левого ушка, обоих предсердий и межпредсердной перегородки в среднем на 20-25% уступает по своей фосфатазной активности значениям в правом ушке; наиболее низкий уровень накопления гистохимической метки наблюдается в миокарде обоих желудочков; межжелудочковая перегородка занимает промежуточное положение между показателями предсердного и желудочкового миокарда.

Приведенные данные указывают на существование значительных различий между изученными участками миокарда по уровню активности кислой фосфатазы, по-разному выраженных в ходе миокардиального гистогенеза; характер статистической достоверности указанные различия приобретают к концу эмбриогенеза человека и крыс. Характерной особенностью распределения фосфатазной активности в ткани миокарда является то, что отдельные клеточные комплексы в том или ином изученном участке также проявляют существенную неоднородность по отношению к накоплению гистохимической метки. На ранних этапах эмбрионального кардиомиогенеза такая неоднородность еще не выражена - распределение активности кислой фосфатазы на тканевых срезах миокарда относительно однородно и имеет незначительную интенсивность (Рис.96).

Рис. 103. Окаймленные везикулы в 
 прилежащих участках кардиомиоцита и эндотелиальыой клетки
Рис. 103. Окаймленные везикулы в прилежащих участках кардиомиоцита и эндотелиальыой клетки в миокарде левого желудочка сердца человека на 8-й неделе эмбриогенеза. Ув.: 26000.

В раннем постэмбриональном периоде развития человека и крыс отчетливо определяются сократительные клетки, обладающие повышенной (по сравнению с соседними) активностью кислой фосфатазы, которые располагаются одиночно (Рис. 97-А) или небольшими группами (Рис.97-Б) и отделены от прилежащих мышечных волокон прослойками соединительной ткани. Необходимо отметить, что в миокарде предсердий одиночные клетки обнаруживаются гораздо реже, чем клеточные комплексы с повышенной активностью кислой фосфатазы. В желудочковом миокарде, напротив, все "активные" по отношению к кислой фосфатазе кардиомиоциты располагаются исключительно одиночно, но не группами (Рис.98).

 

Для количественной оценки степени гетерогенности миокарда по гистохимическому распределению активности кислой фосфатазы нами рассчитан показатель градиента значений цитофотометрических значений, измеряемых на тканевых срезах плаг-методом с полем тубуса 48 мкм2. Расчеты показали, что степень гетерогенности кардиомиоцитов (по активности кислой фосфатазы) на ранних этапах онтогенеза человека и крысы приближается к нулевым значениям во всех изученных участках миокарда (Рис.99; 100).

 

В период с 8-й по 16-ю неделю плодного периода в миокарде человека и в течение 1-й недели жизни крыс наблюдается резкое нарастание гетерогенитета сократительных клеток по характеру накопления гистохимической метки; наиболее отчетливо это нарастание происходит в миокарде ушек сердца, а в желудочковом миокарде степень гетерогенности клеток не превышает 25% от значений показателя в правом ушке. В последующем значения показателей гетерогенности кардиомиоцитов испытывают кратковременное умеренное снижение и стабилизируются на уровне, коррелирующем со средними величинами активности кислой фосфатазы в каждом из изученных участков миокарда.

Рис. 104. Динамика изменений 
 численной плотности специфических секреторных гранул
Рис. 104. Динамика изменений численной плотности специфических секреторных гранул в развивающемся миокарде человека. ПУ и ЛУ - правое и левое ушки сердца; ПП и ЛП - правое и левое предсердия; МПП - межпредсердная перегородка.

 

Итак, развитие гетерогенности кардиомиоцитов по активности кислой фосфатазы, независимо от принадлежности конкретных клеточных комплексов к предсердному или желудочковому миокарду, имеет двухфазный характер (Рис.99; 100): резкое нарастание гетерогенитета в раннем постэмбриональном периоде сменяется умеренным снижением степени гетерогенности и достигает дефинитивного уровня на 32-й неделе внутриутробного развития человека и к концу 1-го месяца жизни крыс.

При ультраструктурном анализе миокарда в сердце 40-недельных плодов человека и зрелых крыс нами описаны 2 типа секреторных кардиомиоцитов, которые существенно различаются по количеству и относительному объему мембранных и безмембранных гранул (Табл.10).

Установлено также, что количественное соотношение между 1-ми 2-м типами кардиомиоцитов (высоко и низко специализированными мышечно-секретными клетками) является неодинаковым в различных изученных участках миокарда (Рис.94).

При анализе онтогенетических преобразований в соотношении указанных типов сократительных клеток выяснилось, что в раннем эмбриональном миокарде человека и крыс доля высоко специализированных кардиомиоцитов составляет менее 10% (от численности миоцитарной популяции) в каждом из изученных участков миокарда.

Рис. 105. Динамика изменений 
 численной плотности специфических секреторных гранул
Рис. 105. Динамика изменений численной плотности специфических секреторных гранул в развивающемся миокарде крыс. ПУ и ЛУ - правое и левое ушки сердца; ПП и ЛП - правое и левое предсердия; МПП - межпредсердная перегородка.

В большинстве слабодифференцированных предсердиях кардиомиоцитов содержится небольшое количество специфических секреторных гранул, которые уже на 6-й неделе эмбриогенеза человека и на 16-е сутки пренатального онтогенеза крыс представлены двумя типами - мембранными и безмембранными (Рис.101). Как правило, гранулы располагаются не группами, как это характерно для зрелых кардиомиоцитов, а одиночно - в парануклеарной зоне, в окружении значительных запасов гликогена. Как видно из рисунка 101. наряду с мембранными и безмембранными гранулами в саркоплазме определяются "тени" специфических гранул. Это свидетельствует о том, что уже в эмбриональном миокарде секреторный аппарат развивается не только по пути накопления гранул, но и выделяет натрийуретический фактор.

 

В изучаемый период некоторые предсердные клетки, с незначительным развитием миофибриллярного аппарата и лишенные специфических секреторных гранул, имеют хорошо развитый или гипертрофированный аппарат Гольджи, цистерны которого активно насыщаются рибосомами (Рис.102). В ряде случаев желудочковые кардиомиоциты содержат в субсарколеммальной зоне, обращенной в сторону эндотелиальной клетки или фибробласта, многочисленные грануло-подобные структуры, описанные в литературе в качестве так называемых "окаймленных" пузырьков (Рис.103). По своим размерам и конфигурации эти пузырьки приближаются к специфическим предсердным гранулам, однако, как видно на рисунке 103, в составе обнаруженных групп отсутствуют безмембранные гранулы или их "тени", а часть везикул не содержит характерного осмиофильного материала. По всей вероятности, наблюдаемые в желудочковых кардиомиоцитах структуры не имеют отношения к секреторному аппарату миокарда; их роль связана в большей степени с активным транспортом макромолекулярных веществ через структуры гистогематического барьера.

На этапах раннего постэмбрионального развития в предсердном миокарде человека и крысы происходит активное накопление высоко специализированных клеток, что приводит почти к полному вытеснению низко специализированных кардиомиоцитов (2-го типа) в миокарде ушек сердца и к значительному преобладанию клеток 1-го типа в миокарде предсердной стенки и межпредсердной перегородки. В период с 20-й по 28-ю неделю плодного развития человека и на протяжении 2-й недели постнатального онтогенеза крысы содержание высоко специализированных мышечно-секреторных кардиомиоцитов значительно превосходит величины, характерные для дефинитивного уровня развития секреторного аппарата сердца; в последующем наблюдается умеренная редукция количества клеток 1-го типа до дефинитивных значений.

Принципиально сходный характер онтогенетических сдвигов установлен при изучении динамики численной плотности секреторных гранул в различных участках предсердного миокарда развивающегося сердца человека (Рис.104) и крыс (Рис.105).

Таким образом, секреторный аппарат кардиомиоцитов включает два типа специфических гранул (мембранные и безмембранные), которые синтезируются импульсно и объединяются в кластеры (группы) по 10-25 гранул.

Количество, численная плотность и относительный объем секреторных гранул в саркоплазме определяют существование 2 субпопуляций кардиомиоцитов: 1) высоко специализированных на секреции натрийуретического фактора; 2) низко специализированных секреторных кардиомиоцитов. Кардиомиоциты 1-го типа содержат от 88 до 108 мембранных гранул, которые занимают 1,9-2,1% клеточного объема, а также 52-68 безмембранных гранул (соответственно 0,9-1,1% объема клетки) и от 36 до 45 лизосом (0,5-0,6% клеточного объема). Кардиомиоциты 2-го типа включают 6-7 мембранных гранул, 0-1 безмембранных гранул и 10-14 лизосом, которые в сумме занимают менее 0,1% объема клетки.

Наивысшая секреторная активность миокарда проявляется в правом ушке сердца, что обусловлено преобладанием высоко специализированных секреторных миоцитов (свыше 75% от численности миоцитарной популяции). Секреторная активность участков зрелого миокарда убывает в последовательности: левое ушко - правое предсердие - левое предсердие - межпредсердная перегородка - межжелудочковая перегородка - правый желудочек - левый желудочек.

Развитие секреторного аппарата на этапах гистогенеза миокарда базируется на преобразованиях количественного соотношения между высоко и низко специализированными секреторными кардиомиоцитами. Наиболее высокие темпы формирования гетерогенности секреторного аппарата характерны для миокарда правого ушка сердца; наиболее низкие - для миокарда межпредсердной перегородки. Желудочковый миокард обладает умеренной секреторной активностью в период с 16-й по 28-ю неделю плодного развития человека и в раннем постэмбриональном развитии крыс; зрелые кардиомиоциты желудочков утрачивают секреторную активность. Дефинитивный уровень развития гетерогенности секреторного аппарата миокарда достигается на 32-й неделе внутриутробного развития человека и к концу 1-го месяца 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