Сердце, логотип
www.CARDIOGENES.dp.ua
строение и развитие сердечно-сосудистой системы
Реkлама: Сделать недорогоКТ в Киеве в диагностическом центре "Медискан Груп" .
Кардиогенез :: Формирование метаболической гетерогенности миокарда...…
 
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.143
[ ⇐ назад | вперед ⇒ ]

Глава 4 Формирование метаболической гетерогенности миокарда

[...]

В условиях старения организма процессы липидного обмена испытывают существенные сдвиги: перекисное окисление липидов биомембран и его ферментативная регуляция в миокарде становились гораздо менее автономными по сравнению с показателями молодых и зрелых крыс (В.В.Лемешко и др., 1987). В стареющем миокарде содержание гидроперекисей липидов существенно нарастало (В.В.Лемешко и др., 1986); аналогичная закономерность установлена также для уровня липофусцина (Nakano et al., 1992). По всей видимости, накопление неокисленных и неполностью утилизированных липидных соединений однозначно указывает на определенную невостребованность данного класса соединений в общем метаболическом пуле энергосодержащих молекул, что может в определенной ситуации способствовать формированию патологических состояний в миокарде.

Рис. 120. Соотношение активности аэробных (ЛДГ-Hi и анаэробных форм (ЛДГ-М) лактатдегидрогеназы
Рис. 120. Соотношение активности аэробных (ЛДГ-Hi и анаэробных форм (ЛДГ-М) лактзтдегидрогеназы в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. С - систола; Д - диастола. СЭЛ - субэпикардиальная зона; ИМЗ - иитрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона: ЛЖ и ПЖ -левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Одним из важнейших вопросов, связанных с функционированием метаболического аппарата кардиомиоцитов, является выяснение тех особенностей, которые характеризуют различия в протекании энергетических реакций в различных отделах сердца. В научной литературе можно обнаружить лишь единичные сообщения по этому вопросу, причем анализ гетерогенитета различных отделов сердца по метаболическим характеристикам составлял, как правило, не основную цель исследования. В настоящее время принято полагать, что дыхательная активность митохондрий в желудочковых кардиомиоцитах приблизительно на 30% выше, чем в предсердиях (Н.Н.Клейменова и др., 1976), а процессы гликолиза, напротив, гораздо более интенсивны в предсердном миокарде (Р.А.Дробышева и др., 1978). При изучении потребления кислорода и глюкозы кардиомиоцитами развивающихся плодов кошки было показано, что задняя стенка левого желудочка потребляет вдвое больше глюкозы, чем передняя; другие изученные области желудочкового миокарда не имели значительных различий (Kostreva et al., 1991). Отсутствие различий между миокардом левого и правого желудочков сердца крыс установлено при анализе скорости гликолиза и гликогенолиза (Л.Н.Симановский и др., 1971), однако в публикации А.С.Рахметова (1986) были определены выраженные гистохимические различия в различных отделах сердца крыс по активности сукицнатдегидрогеназы (центрального фермента цикла трикарбоновых кислот).

Рис. 121. Равномерное распределение активности аэробных изоформ лактатдегидрогеназы в миокарде
Рис. 121. Равномерное распределение активности аэробных изоформ лактатдегидрогеназы в миокарде левого желудочка сердца 10-дневной крысы, фиксированного в состоянии диастолы. Гистохимическая реакция по Lojda. Ок.15, об.20.

Неодинаковыми оказались также биохимические и гистохимические характеристики кардиомиоцитов, фиксированных в различных фазах сердечного сокращения (А.С.Рахметов, 1986).

Метаболическая гетерогенность кардиомиоцитов в составе отдельных клеточных комплексов была отмечена в обширном цикле работ Л.М.Непомнящих с соавторами (1981; 1988; 1989 и др.), посвященных анализу неоднозначных (мозаичных) клеточных реакций при различных моделируемых патологических состояниях. Гистохимическое исследование метаболитов углеводного обмена и гликогена показало неравномерное их распределение в саркоплазме кардиомиоцитов собак при экспериментальном инфаркте миокарда (К.А.Горнак и др., 1963). При гистохимическом анализе распределения активностей некоторых окислительно-восстановительных ферментов в ткани миокарда было установлено, что кардиомиоциты в составе одного сердца проявляют неодинаковую метаболическую активность; при этом определенные сдвиги в характере распределения гистохимической метки обнаруживались в ходе нормального гистогенеза миокарда (Н.Т.Райхлин и др., 1959) и при гемодинамических перегрузках (М.О.Никогосова и др., 1983).

Рис. 122. Характер распределения гистохимической метки аэробных изоформ лактатдегидрогеназы
Рис. 122. Характер распределения гистохимической метки аэробных изоформ лактатдегидрогеназы в миокарде левого желудочка сердца 10-дневной крысы, фиксированного в состоянии систолы. Гистохимическая реакция по Lojda. A -поперечный срез. Ок.15, об.100. Б - продольный срез. Ок.15, об.20.

Результаты авторадиографического исследования показали отчетливую неоднородность популяции кардиомиоцитов по уровню синтеза РНК и прямую связь проявлений адаптивных клеточных реакций на повреждение с исходным уровнем синтетических процессов (Л.М.Непомнящих и др., 1982).

В настоящее время в качестве одного из важнейших регуляторных механизмов, обеспечивающих адекватное соотношение между различными энергетическими циклами в миокарде, рассматривают креатинфосфокиназную систему (Dowell et al., 1992; Wessels et al., 1990). Ha протяжении длительного времени креатинфосфокиназная реакция считалась побочной системой накопления молекул креатинфосфата (макроэргического соединения для миофибрилл), а внутриклеточный транспорт энергии представлялся как пассивная диффузия АТФ из митохондрий к местам его использования в миофибриллах и в мембранных АТФазных реакциях (Mommaerts, 1969; Hewsholm et al., 1978). Однако в последнее время накопилось много данных, свидетельствующих о более активной роли креатинфосфокиназных систем в сердечных мышечных клетках. Было показано гетерогенное распределение изоферментов креатинфосфокиназы в этих клетках: около 30-40% активности креатинфосфокиназы локализовано в митохондриях; 40-50% - в цитоплазме; 20% - связано с миофибриллами (Scholte. 1973; Saks et al., 1974; А.Е.Антипенко и др., 1992). Кроме того, незначительная часть креатинфосфокиназы связана с мембранами саркоплазмы и клеточной поверхности (Sharov et al., 1977; Levitsky et al., 1978).

Рис. 123. Соотношение активности фосфофруктокинззы (ФФК), аэробных (ЛДГ-Н) и анаэробных форм
Рис. 123. Соотношение активности фосфофруктокинззы (ФФК), аэробных (ЛДГ-Н) и анаэробных форм (ЛДГ-MI лактатдегидрогеназы в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца человека на этапах онтогенеза. СЭП -субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуралъ-ная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП -левое и правое предсердия; МЖП и МПП -межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Было показано, что митохондриальный фермент в присутствии креатина осуществляет эффективный синтез креатинфосфата из АТФ (Scholte et al., 1973; Jacobus et al., 1973) и находится в функциональном сопряжении с адениннуклеотидтранслоказой (Saks et al., 1976).

Было показано, что креатинфосфокиназные системы в миофибриллах и на мембранах саркоплазмы используют синтезированный креатинфосфат для локальной регенерации АТФ из АДФ, образующегося в ходе АТФазных реакций (Gydbjamason et al.. 1970). Многочисленные подтверждения этому были получены в физиологических экспериментах, в которых была продемонстрирована связь между силой сокращения миокарда лягушки и клеточным содержанием креатинфосфата (Vassort et al:, 1977; Rosenshtraukh et al., 1978), а в последующем также в экспериментах на других биологических объектах (В.А.Сакс и др., 1980; 1976; Portman et al., 1992; Krause et al., 1992; Neely et al., 1974).

Анализ онтогенетических преобразований креатин-фосфокиназной регуляции энергетического метаболизма показал, что в миокарде новорожденного кролика активность креатинфосфокиназы еще очень низка, однако в течение первых 2 недель жизни она резко возрастала и достигала дефинитивных значений к 17-му дню перинатального развития (Hoeter et al., 1991). Аналогичный характер сдвигов был установлен при изучении развивающегося миокарда крыс (Dowell et al., 1993).

Рис. 124. Соотношение активности аэробных (ЛДГ-Н) и анаэробных форм (ЛДГ-М) лактатдегидрогеназы
Рис. 124. Соотношение активности аэробных (ЛДГ-Н) и анаэробных форм (ЛДГ-М) лактатдегидрогена-зы в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы па этапах онтогенеза. С - систола; Д - диастола. СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальпая зона; ЛЖ и ПЖ -левый и правый желудочки: ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Представленные данные свидетельствуют о важной роли креатинфосфокиназных систем в регуляции процессов энергообразования в кардиомиоцитах, адекватно реагирующих на изменяющиеся условия развития, однако разработанность ряда важных вопросов энергетического метаболизма остается явно недостаточной. В ряду таких вопросов остаются исследование топологических и хронологических особенностей в осуществлении важнейших реакций энергообмена в миокарде, выяснение конкретных механизмов взаимодействия между различными метаболическими циклами на этапах онтогенетического развития (циклом трикарбоновых кислот, обменом гликогена, пентозо-фосфатным шунтом, гликолизом, липидным обменом), а также причины и гистогенетические закономерности формирования отчетливой метаболической гетерогенности кардиомиоцитов.    

Гистохимический анализ интенсивности процессов гликолиза, проведенный на срезах миокарда человека (40 недель плодного периода развития) и сердца зрелых крыс, фиксированных в расслабленном состоянии, не выявил сколько-нибудь выраженного гетерогенитета в распределении ферментативных активностей фосфофрукто-киназы (ФФК; лимитирующий фермент гликолиза) и лак-татдегидрогеназы (ЛДГ; энзим, определяющий направленность и интенсивность гликолитического цикла). При проведении соответствующих гистохимических реакций накопление солей диформазана имеет равномерный и умеренно интенсивный характер (Рис.106). Однако в состоянии систолы, моделируемом в миокарде крысы, на фоне относительно высокой ферментативной активности изучаемых гликолитических энзимов выявляются тканевые участки, содержащие группы сократительных кардиомиоцитов со значительно сниженной активностью ФФК и ЛДГ.

Рис. 125. Соотношение активности фосфофруктокиназы (ФФК) в миокарде различных зон сердечной стенки
Рис. 125. Соотношение активности фосфофруктокиназы (ФФК) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. С - систола (верхний ряд); Д- диастола (нижний ряд). СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - ннтрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ГОК - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Указанные группы клеток на поперечных срезах миокарда в состоянии систолы отделены от прилежащих мышечных волокон оформленными прослойками соединительной ткани и содержат различное (от 5 до 12) количество профилей кардиомиоцитов (Рис.107). На продольно ориентированных срезах прослойки соединительной ткани не на всем протяжении отделяют мышечный пучок со сниженной гликолитической активностью; часто этот пучок расщепляется на 2 группы волокон либо переходит в состав другого пучка. В обоих случаях переходные зоны содержат клетки с постепенно изменяющейся по ходу саркоплазмы ферментативной активностью (Рис.108). Важно подчеркнуть, что на поперечных срезах подобного постепенного изменения в отложении кристаллов диформазана не наблюдается (Рис.109).

В систолическом состоянии после проведения гистохимической реакции обнаруживаются также другие сократительные клетки с резко сниженной гликолитическои активностью - они располагаются не группами, а одиночно, причем на протяжении их саркоплазмы не выражен градиент ферментативных активностей ФФК и ЛДГ, а зона плотной упаковки солей диформазана отчетливо отграничивается вставочными дисками от соседних клеток в составе данного мышечного волокна и боковыми сарколеммами - от соседних кардиомиоцитов в составе пучка.

Рис. 126. Соотношение активности фосфофруктокинззы (ФФК) в миокарде различных зон сердечной стенки
Рис. 126. Соотношение активности фосфофруктокиназы (ФФК) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. С - систола (верхний ряд): Д - диастола (нижний ряд). СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖГГ и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

 Описанные одиночные клетки в составе пучка мышечных волокон располагаются как на его периферии, так и в центральной части, однако в любом случае имеют очень небольшую длину (Рис.110). При этом в миокарде зрелых крыс, фиксированном в состоянии диастолы, не обнаружено мозаичности ферментативной активности изученных глико-литических ферментов (фосфофруктокиназы и лактатдегидрогеназы).

При изучении гистохимического распределения активности ведущих ферментов цикла трикарбоновых кислот использованы серийные криостатные срезы миокарда (Рис.111). При поперечной ориентации мышечных волокон на изученных срезах обнаруживается полное соответствие неравномерного распределения сукцинат- и изоцитратдегидрогеназной активности (СДГ и ИЦДГ) мозаичному характеру интенсивности гликолиза: в сокращенных кардиомиоцитах с повышенной гликолитической активностью стабильно обнаруживаемся высокая активность СДГ и ИЦДГ; в остальных же пучках мышечных волокон, характеризующихся низким уровнем гликолиза, активность центрального фермента цикла трикарбоновых кислот (СДГ) также низка (Рис.111-А,Д). При этом обнаруживаются единичные клетки с резко повышенной активностью ферментов цикла Кребса в составе пучков с низкой или умеренной гистохимической меткой (Рис.111-Е).

На криостатных срезах диастолического миокарда выявляются участки с пониженной активностью СДГ и ИЦДГ, по своей конфигурации и размерам соответствующие таковым в состоянии систолы (Рис.112). При анализе серийных срезов не обнаруживается каких-либо различий ферментативных активностей в саркоплазме одиночных клеток, отчетливо выявляемых в состоянии диастолы при проведении гистохимической реакции на ФФК и ЛДТ.

Рис. 127. Отчетливый гетерогенитет распределения активности фосфофруктокинэзы в составе клеточных
Рис. 127. Отчетливый гетерогенитет распределения активности фосфофруктокинэзы в составе клеточных комплексов миокарда, фиксированного в фазе систолы. Полутонкие срезы, приготовленные из криостатных срезов толщиной 10 мкм. Гистохимическая реакция по Lojda. A - участок трабекулы в левом желудочке сердца крысы на 16-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.100. Б - участок компактного миокарда левого желудочка сердца крысы на 16-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.90.

Гистохимическое изучение активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы показывает, что пучки мышечных волокон обладают весьма низкой способностью накапливать гистохимическую метку, которая распределяется равномерно между соседними пучками даже в том случае, если они отчетливо разделены между собой оформленными соединительнотканными прослойками (Рис.113).

Описанная  гистохимическая картина наблюдается как в систолическом, так и в диас-толическом состояниях миокарда.

Как показывают приведенные данные серийной гистохимии, при анализе метаболической гетерогенности миокарда приходится иметь дело по крайней мере с тремя функциональными состояниями сократительных кардиомиоцитов, различающимися по уровню и соотношению внутриклеточных процессов гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и пентозофосфатного шунта в зависимости от фазы сердечных сокращений. В первом состоянии кар-диомиоциты обладают низкой интенсивностью гликолиза в диастоле и высокой его интенсивностью в систоле на фоне стабильно активного цикла трикарбоновых кислот и низкой интенсивности пентозо-фосфатных реакций в обеих фазах сердечного сокращения. Кардиомиоциты во втором из описанных состояний проявляют низкую активность всех изученных ферментов в систоле и диастоле. В третьем состоянии, характерном для одиночно расположенных клеток, наблюдаются высокий уровень протекания реакций цикла трикарбоновых кислот и низкая активность гликолитических и пентозо-фосфатных реакций независимо от фазы сердечного сокращения.

Рис. 128 Характер распределения активности фосфофруктокиназы в составе клеточных комплексов
Рис. 128 Характер распределения активности фосфофруктокиназы в составе клеточных комплексов миокарда, фиксированного в фазе систолы. Полутонкие срезы, приготовленные из криостатных срезов толщиной 10 мкм. Гистохимическая реакпия по Lojda. A - участок левого предсердия сердпа крысы на 20-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.90. Б - участок трабекулы левого желудочка сердца крысы на 20-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.90.

При проведении количественного цитофотометрического анализа активности ферментов гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и пентозо-фосфатного шунта на тканевых срезах миокарда человека (40-недель внутриутробного развития) и зрелой крысы обнаруживаются выраженные различия в метаболическом профиле изученных отделов сердца и зон сердечной стенки. Так, наивысшая интенсивность гликолитических процессов характерна для миокарда обоих предсердий и межпредсердной перегородки.

При этом лактатдегидрогеназная реакция протекает с аэробной направленностью (Рис.114) и лишь при моделировании систолического состояния в миокарде зрелой крысы в предсердном миокарде происходит активация анаэробных изомолекулярных форм лактатдегидро-геназы (М-ЛДТ). В миокарде желудочков ни в одной из изученных зон сердечной стенки не удается обнаружить сколько-нибудь выраженной ферментативной активности анаэробных форм лактатдегидрогеназы в фазе систолы, хотя протекание аэробных гликолитических реакций и фосфофруктокиназная активность выражены в умеренной степени (Рис.115).

Рис. 129. Соотношение активности сукцинатдегидрогена-зы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ)
Рис. 129. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца человека на этапах онтогенеза. СЭП - субэппкардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

В состоянии диастолы различные участки желудочкового миокарда крыс обладают минимальной гликолити-ческой активностью, за исключением субэндокардиальной зоны правого желудочка. В желудочковом миокарде человека на 40-й неделе плодного периода развития ферментативная активность фосфофруктокиназы (Рис.116) и аэробных форм лактатдегидрогеназы достигает в среднем 0,24-0,29 единиц оптической плотности, что почти в два раза меньше по сравнению с уровнем, характерным для предсердного миокарда.

При гистохимическом анализе интенсивности цикла трикарбоновых кислот в миокарде человека на 40-й неделе внутриутробного развития обнаружено, что наивысшая активность сукцинат- и изоцитратдегидрогеназы характерна для миокарда субэпикардиальной и интраму-ральной зон левого желудочка; в субэндокардиальной зоне стенки левого желудочка, в межжелудочковой перегородке, а также в субэпикардиальной и интрамуральной зонах правого желудочка активность изученных ферментов снижена на 30-33% по сравнению с наивысшими значениями. В субэндокардиальной зоне правого желудочка отмечается более чем 2-кратное снижение ферментативных активностей цикла трикарбоновых кислот (в сопоставлении со значениями в субэпикардиальной зоне левого желудочка).

В предсердном миокарде человека (40 недель внутриутробного развития) интенсивность цикла Кребса составляет менее 1/3 от уровня желудочковых отделов (Рис.117).

Рис. 130. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ)
Рис. 130. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

 В миокарде зрелых крыс закономерности гистохимического распределения активностей изоцитрат- и сукцинатдегидрогеназы не отличаются существенно от установленных в миокарде поздних плодов человека: в желудочках величины изученных ферментативных активностей являются наивысшими; миокард субзндокардиальной зоны правого желудочка заметно уступает по своей активности показателям левого желудочка; в предсердиях соответствующие значения составляют не более 1/3 от ци-тоспектрометрических величин в субзпикардиальной и интрамуральной зонах желудочковой стенки (Рис.118).

 Для установления гистогенетических закономерностей развития метаболического аппарата миокарда и для уточнения характера перестроек в протекании энергообразующих реакций в исследовании изучены онтогенетические динамики гистохимических показателей, которые были проанализированы в миокарде 40-недельных плодов человека и у зрелых крыс.

При изучении реакций энергетического обмена в эмбриональном миокарде человека (6-8-я неделя эмбриогенеза) и крыс (14-16-е сутки эмбриогенеза) обнаружилось, что различия в интенсивности лактатдегидрогеназной реакции между предсердиями и желудочками не имеют статистически достоверного характера; при этом более 90% общей активности лактатдегидрогеназы обеспечивается за счет анаэробных изомолекулярных форм фермента (Рис.119).

Рис. 131. Равномерное распределение активности сукци-натдегидрогеназы в стенке правого желудочка
Рис. 131. Равномерное распределение активности сукци-натдегидрогеназы в стенке правого желудочка сердца крысы на 14-е сутки эмбриогенеза в фазе систолы. Полутонкие срезы, приготовленные из криостатных срезов толщиной 10 мкм. Гистохимическая реакция по Lojda. A -ок.10, об.40. Б и В - участки миокарда, указанные рамками на рисунке 4.36-А. Ок.15, об.100.

При анализе раннего эмбрионального миокарда крыс аэробные изоформы лактатдегидрогеназы во всех исследуемых участках миокарда обладают минимальной активностью; анаэробные формы лактатдегидрогеназы проявляют высокую активность в состоянии систолы и лишь немногим уступающую ей активность на гистохимических срезах миокарда, фиксированного в состоянии диастолы (Рис.120).

На протяжении раннего постэмбрионального кардио-миогенеза наблюдается закономерное повышение активности аэробных форм лактатдегидрогеназы на фоне закономерно снижающейся интенсивности анаэробных реакций. При этом в миокарде 12-недельных плодов человека и у новорожденных крыс интенсивность анаэробных и аэробных реакций в составе гликолитического цикла практически сравнивается, однако суммарная активность гликолиза проявляет существенные различия в изученных участках миокарда. Так, в желудочковом миокарде интенсивность гликолитического цикла выражена в умеренной степени, тогда как в миокарде обоих предсердий и межпредсердной перегородки наблюдается активное накопление соответствующей гистохимической метки (Рис.119; 120).

Рис. 132. Соотношение активности сукцинатдегидрогена-зы (СДГ) и изоцитратдегидрогенэзы (ИЦДГ)
Рис. 132. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогенэзы (ИЦДГ) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца человека на этапах онтогенеза. СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Анализ полутонких срезов, приготовленных из серийных криостатных срезов толщиной 10 мкм после проведения гистохимической реакции на анаэробную и аэробную активность лактатдегидрогеназы, выявляет сопоставимую по своей выраженности интенсивность обеих реакций и равномерное распределение гистохимической метки в ткани желудочкового миокарда крысы в эмбриональном периоде.

При моделировании систолического и диастоличес-кого состояний миокарда новорожденных крыс в предсердиях наблюдается незначительное отставание в скорости гликолиза в фазе диастолы; в различных зонах желудочкового миокарда "диастолический" уровень гликолиза более чем в 2 раза уступает по своей интенсивности "систолическому". В большей степени эта ситуация характерна при гистохимическом анализе анаэробных изомолекулярных форм лактатдегидрогеназы. По мере постнатального развития крыс наблюдается интенсивное вытеснение анаэробных фракций лактатдегидрогеназы аэробными формами; наиболее интенсивно подобное "вытеснение" происходит во всех изученных зонах левого и правого желудочков. Характерно, что "диастолический" уровень протекания анаэробных и аэробных гликолитических реакций существенно уступает "систолическому" уровню.

Наряду с преобразованиями изомолекулярного состава лактатдегидрогеназы происходит формирование выраженного гетерогенитета изученных участков миокарда по распределению гистохимической метки фермента. Так, в диастолическом состоянии отдельные клеточные группы в составе желудочкового и предсердного миокарда на этапах постэмбрионального развития не отличаются существенным образом друг от друга по характеру накопления гистохимической метки (Рис.121), однако в состоянии систолы отдельные клетки или клеточные комплексы приобретают заметные различия по активности аэробных изомолекулярных форм лактатдегидрогеназы как на поперечных (Рис.122-А), так и на продольных тканевых срезах (Рис-122-Б).

Рис. 133. Соотношение активности сукцинатдегидрогена-зы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ)
Рис. 133. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. СЭП - субэпикардиалъная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона: ЛЖ и ГТЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

На протяжении позднего плодного периода развития человека наблюдается практически полное замещение анаэробных форм лактатдегидрогеназы аэробными, которые по своей интенсивности в миокарде предсердий и межпредсердной перегородки более чем в i.5 раза превышают соответствующие значения в желудочковом миокарде (Рис.123).

К концу 1-го месяца жизни крыс и на 32-й неделе внутриутробного развития человека достигается дефинитивный уровень протекания лактатдегидро-геназной реакции, направленной, главным образом, на выработку АТФ в аэробных условиях в саркоплазме кардиомиоцитов (Рис.124).

При изучении онтогенетической динамики сдвигов фосфофруктокиназы установлена общая закономерность, соответствующая постепенному угнетению возможностей гликолити-ческого цикла по отношению к выработке макрозргических фосфатов, причем в миокарде желудочков указанное угнетение происходит гораздо более эффективно по сравнению с предеердным миокардом. В период с 12-й по 24-ю неделю плодного периода развития человека, а также на этапах раннего постэмбрионального кардиогенеза крыс в левом желудочке наблюдается более активное угнетение фосфофруктокиназной реакции по отношению к показателям правого желудочка (Рис.119; 123; 125; 126).

Характерно, что уже на ранних этапах онтогенеза человека и крыс кардиомиоциты проявляют различную фосфофруктокиназную активность в составе отчетливо ограниченных клеточных комплексов трабекулярного и компактного слоев миокарда в состоянии систолы (Рис.127). По мере угнетения активности фосфофрукто-киназы количество "активных" в отношении гликолиза клеток заметно снижается (Рис.128).

Рис. 134. Равномерное распределение умеренной активности изоцитратдегидрогеназы (А) и сукцинатдегид...
Рис. 134. Равномерное распределение умеренной активности изоцитратдегидрогеназы (А) и сукци-натдегидрогеназы (Б) в стенке левого желудочка сердца человека на 20-й неделе пренатального онтогенеза. Гистохимическая реакция по Lojda. А - ок.15, об.40. Б - ок.15, об.100.

При анализе интенсивности цикла трикарбоновых кислот в эмбриональном миокарде человека (6-8 недель эмбриогенеза) и крысы (14-20-е сутки эмбриогенеза) обнаруживается минимальная активность сукцинатдегид-рогеназы и изоцитратдегидрогеназы в миокарде предсердий. В миокарде желудочков уровень протекания указанных реакций незначителен, но все же в статистически значимой степени превышает величины, характерные для предсердий и межпредсердной перегородки (Рис.129; 130). При этом распределение низко интенсивной гистохимической метки равномерно на протяжении всей толщины сердечной стенки предсердий и желудочков в обеих фазах сердечного сокращения (Рис.131).

Рис. 135. Характер распределения активности сукцинат-дегидрогеназы в миокарде
Рис. 135. Характер распределения активности сукцинат-дегидрогеназы в миокарде левого (А) и правого (Б) желудочков сердца крысы на 10-е сутки постнатального онтогенеза. Гистохимическая реакция по Lojda. A - ок.15, об.40.

Как видно из рисунков 129 и 130. наиболее быстрое нарастание интенсивности митохондриального окислительного фосфорилирования происходит в субэндокардиальной зоне стенки левого желудочка, однако после 12-й недели плодного периода развития человека и у новорожденных крыс величины цитофотометрических значений в изученных зонах обоих желудочков выравниваются. В последующем происходит активное нарастание сукцинатдегидрогеназной и изоцитратдегидрогеназнои активностей в субэпикардиальной и интрамуральной зонах стенки левого желудочка на фоне умеренного нарастания интенсивности цикла трикарбоновых кислот в миокарде обоих предсердий. Значения, установленные в межжелудочковой перегородке, занимают промежуточное положение между показателями желудочкового и предсердного миокарда.

Рис. 136. Характер распределения активности сукцинатдегидрогеназы в миокарде правого предсердия
Рис. 136. Характер распределения активности сукцинатдегидрогеназы в миокарде правого предсердия сердца крысы на 20-е сутки постнатального онтогенеза. Гистохимическая реакция по Lojda. Ок.15, об.100.

В течение 28-32-й недель внутриутробного развития человека и к концу 1-го месяца жизни крыс происходит стабилизация значений гистохимически определяемой активности ферментов цикла трикарбоновых кислот (Рис.132; 133). В этот период соотношение интенсивности цикла Кребса между изученными участками миокарда устанавливается таким образом, что наивысшие цитофотометрические значения характерны для субэпикардиальной и интрамуральной зон стенки левого желудочка; миокард субэндокардиальной зоны левого желудочка, а также всех изученных зон правого желудочка и межжелудочковой перегородки обладает умеренной способностью накапливать гистохимическую метку; в миокарде обоих предсердий и межпредсердной перегородки, установленные цитофотометрические значения более чем 3-кратно уступают максимальным величинам, характерным для субэпикарда левого желудочка.

Рис. 137. Динамические состояния сократительных кар-диомиоцитов по их метаболическим характеристикам
Рис. 137. Динамические состояния сократительных кардиомиоцитов по их метаболическим характеристикам в систоле и диастоле. ЦТК - цикл трикарбоновых кислот; ПФП - пентозо-фосфатный шунт.

На всех изученных этапах кардиомиогенеза крысы в нашем исследовании ни в одной из зон мышцы сердца крысы не удается обнаружить каких-либо существенных различий по характеру гистохимического распределения активности сукцинат- и изоцитратдегидрогеназы между систолическим и диастолическим состояниями миокарда. В составе желудочкового и предсердного отделов миокард плодов человека (16-20 недель) и эмбрионов крыс (16-22 суток) содержит относительно однородные по своей энергетической "активности" кардиомиоциты, несмотря на активное формирование соединительнотканных прослоек между мышечными волокнами (Рис.134). Однако по мере дальнейшего развития клеточные комплексы миокарда и даже отдельные клетки в их составе все в большей степени начинают различаться цо активности протекания реакций цикла трикарбоновых кислот. В наивысшей мере указанные различия проявляются в желудочковом   миокарде (Рис.135),    в наименьшей - в миокарде предсердий (Рис.136). При этом сократительные кардиомиоциты приобретают способность постепенно изменять свою энергетическую активность по ходу саркоплазмы.

Рис. 138. Динамика нарастания параметра метаболической гетерогенности сократительных кардиомиоцитов...
Рис. 138. Динамика нарастания параметра метаболической гетерогенности сократительных кардиомиоцитов в развивающемся сердце человека (А) и крысы (Б). СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Таким образом, при анализе конкретных метаболических и топологических особенностей сократительных кардиомиоцитов, морфологически фиксируемых в трех различных динамических состояниях, представляется возможным объяснить наблюдаемую метаболическую гетерогенность миокарда наличием трех динамических состояний сократительных кардиомиоцитов. Эти состояния различаются по интенсивности ведущих энергетических циклов в саркоплазме кардиомиоцитов (гликолиза, пентозо-фосфатного шунта, цикла трикарбоновых кислот), а также по характеру взаимодействия между ними в систолической и диастолическои фазах сердечного сокращения.

В состоянии I кардиомиоциты находятся в обычном систоло-диастолическом цикле; они обладают низкой интенсивностью гликолиза в диастоле и высокой его интенсивностью в систоле на фоне стабильно активного цикла трикарбоновых кислот и низкой интенсивности пентозо-фосфатных реакций в обеих фазах сердечного сокращения (Рис.137).

В состоянии II сократительные клетки проявляют низкую активность всех изученных энергетических циклов в систоле и диастоле (состояние метабожческого покоя).

В состоянии III, характерном для одиночно расположенных клеток в составе функционирующего мышечного волокна, наблюдается высокая интенсивность цикла трикарбоновых кислот и низкая активность гликолитических и пентозо-фосфатных реакций независимо от фазы сердечного сокращения.

Формирование метаболической гетерогенности миокарда в кардиомиогенезе связано с угнетением анаэробных гликолитических реакций и интенсификацией окислительного фосфорилирования. Темпы энергетических преобразований миокарда наиболее активны в интрамураль-ной и субэпикардиальной зонах стенки желудочков (Рис.138), наименее активны - в предсердиях и межп-редсердной перегородке; значения, установленные в миокарде межжелудочковой перегородки, занимают промежуточное положение между величинами, характерными для желудочков и предсердий. Дефинитивный уровень метаболической гетерогенности миокарда достигается на 36-й неделе плодного 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