Сердце, логотип
www.CARDIOGENES.dp.ua
строение и развитие сердечно-сосудистой системы
Кардиогенез :: Формы  клеточной  гибели  при кардиомиогенезе…
 
Гистогенетические процессы в развивающемся миокарде (Шпонька И.С., монография), 1996
(Шпонька И.С. Гистогенетические процессы в развивающемся миокарде млекопитающих: монография.- Дн-вск, 1996)
с.40-62
[ ⇐ назад | вперед ⇒ ]

Глава 2 Клеточная гибель

Формы  гистогенетической клеточной  гибели  на этапах  кардиомиогенеза

Наряду с репродукцией клеток неотъемлемым компонентом гистогенеза является клеточная гибель (А.Г.Кнорре. 1971; А.А.Клишов. 1984).

Некроз и резорбцию части кардиомиоцитов при достижении определенного уровня дифференцировки изучали в основном в сердце куриных эмбрионов (Manasek, 1969a; Pexieder, 1972; Hurle et al., 1977; Ojeda, Hurle, 1977; Hurle, Ojeda, 1979) ; в меньшей степени эти исследования коснулись кардиогенеза млекопитающих (А.Л.Зашихин, 1976; Н.В.Ямщиков, 1985).

Несмотря на общность методических подходов к идентификации гибнущих клеток, существуют разногласия в оценке их преимущественной локализации: по данным Н.В.Ямщикова (1985), в миокарде предсердий и желудочков куриных и крысиных эмбрионов погибшие мышечные клетки располагаются беспорядочно; однако многие исследователи указывают на существование очагов дегенерации миоцитов и мезенхимных клеток в зонах активных морфогенетических сдвигов - в области формирования межжелудочковой перегородки (Рехiеdеr, 1975), артериальном стволе и аортопульмональной перегородке (Yurle et al., 1977; Ojeda, 1979).

Морфологические изменения, сопровождающие гибель кардиомиоцитов в ходе кардиогенеза, подробно описаны на электронно-микроскопическом уровне (Н.В.Ямщиков, 1985; Hurle et al., 1977 и др.); они имеют принципиальное сходство с литическими изменениями миоцитов сердца, происходящими при гибели организма или при патогенном воздействии (Рiper et al., 1985; Sukura, 1990). При изучении эмбриональной гибели кардиомиоцитов используют также гистологические методы (Н.В.Ямщиков, 1985 и др.) и более чувствительные цитохимические (Hurle et al., 1977; Lewis et al., 1979). Как правило, в аутофагосомах гибнущих миоцитов и гетерофагосомах соседних клеток выявляется интенсивная реакция на кислую фосфатазу. Количественная оценка гибнущих клеток позволила проследить двухфазную динамику их числа с пиком на 7-е сутки эмбриогенеза в миокарде желудочков птиц (Н.В.Ямщиков, 1985), а также установить относительно высокий уровень гибели клеток в проводящей системе эмбрионального сердца свиньи (А.Л.Зашихин, 1976).

Для объяснения явления эмбриональной гибели клеток шрокое распространение получила теория, предполагавшая существование специальной генетической программы (Б.В.Конюхов. 1980; С.Р.Уманский. 1982; Sauders. 1966). Реализация такой программы, по мнению авторов, приводит к необратимой деградации ядерной ДНК и разрушению клеток. При изучении кардиогенеза Н.В.Ямщиков (1985) выделяет типы гибели кардиомиоцитов в зависимости от ее биологического значения: морфогенетическая, необходимая для нормального течения морфогенетических процессов, гистогенетическая, наблюдаемая на более поздних стадиях эмбриогенеза, как разновидность естественной, физиологической гибели. Указанная классификация соответствует ранее предложенной схеме Glucksmann (1951).

В настоящее время клеточная гибель рассматривается как явление, обеспечивающее нормальный эмбриогенез (А.В.Балаханов. Т.Н.Пескова. 1982; Pexieder, 1975); запрограмированность же клеточной смерти оспаривается (Л.А.Гаврилов. Н.С.Гаврилова. 1991). В поддержку противникам теории генетически програмированной клеточной гибели можно привести ранее высказанное мнение о гибели клеток как результате межклеточного взаимодействия (Lockshin, Beaulaton, 1974).

рис.29 Деструкция цитоплазмы

На стадии трубчатого сердца в нашем исследовании не было выявлено гибнущих клеток в составе популяции миобластов при использовании как морфологических, так и гистохимических методов. В ходе последующих морфогенетических преобразований сердечной трубки в миокарде изученных млекопитающих стабильно обнаруживаются сократительные клетки, имеющие морфологические признаки деструкции. Так, ядра содержат крупные полиморфные глыбки конденсированного хроматина, которые прилежат к ядерной мембране либо группируются возле ядрышек. Перинуклеарное пространство значительно расширено (Рис.29). Электронная плотность ядер указанных клеток заметно выше, чем у соседних кардиомиоцитов. В некоторых некротически измененных сократительных клетках пикнотизированные ядра занимают небольшой объем саркоплазмы, насыщенной диссоциированнными сократительными структурами (Рис.30). В сократительных клетках, прилежащих к обменным микрососудам, также наблюдается выраженная вакуолизация цитоплазмы, насыщенной гликогеном (Рис.31).

рис.30 Некроз кардиомиоцита

Широкий спектр изменений наблюдается в цитоплазматических мембранных структурах: резко возрастает количество вакуолей; на сарколемме формируются крупные пузырьки диаметром до 6 мкм; в ряде клеток обнаруживаются массивные разрывы эндоплазматических мембран, а также фрагментация плазмалеммы. При этом происходит разрушение цитоскелета, прилежащего к клеточной мембране. Большинство митохондрий характеризуется нарушением целостности наружной и внутренней оболочек, гомогенизацией матрикса (Рис.32). В цитоплазме гибнущих кардиомиоцитов часто появляются агрегаты рибосом вне связи с какими-либо мембранными структурами.

В составе миофибриллярного аппарата обнаруживаются многочисленные разволокнения, деструкция Z-дисков и лизис миофиламентов. В некоторых соседних сократительных клетках также определяются признаки диссоциации миофибрилл, однако их саркоплазма была обогащена многочисленными структурами аппарата белкового синтеза и ненарушенными мембранными органеллами. При проведении радиоавтографического исследования ядра таких миоцитов содержат метку 3Н-тимидина, свидетельствующую о подготовке к вступлению в профазу митотического цикла.

Гистохимическое исследование ткани эмбрионального миокарда выявило отчетливую корреляцию между степенью некротических изменений кардиомиоцитов и активностью лактатдегидрогеназы, являющейся лимитирующим Ферментом гликолиза, который в эмбриональном периоде имеет анаэробную направленность. Напротив, активность НАД-зависимой малатдегидрогеназы (энзима цикла трикарбоновых кислот), повышаясь при незначительном развитии некротических реакций, при их дальнейшем развитии значительно снижается.

При анализе локализации некротических клеток в составе эмбрионального миокарда выяснилось, что в большинстве случаев указанные кардаомиоциты формируют более или менее многочисленные территории (поля), которые обнаруживаются в зоне аорто-пульмональной перегородки, конотрункальных борозд, позднее (6-я неделя эмбриогенеза у человека; 18-е сутки - у крыс и мышей; 20-е сутки - у кролика) - в области межпредсердной и межжелудочковой перегородок, то есть в локусах наиболее активных формообразовательных процессов (Рис.33). В составе некротических полей гибнущие клетки часто чередуются с неизмененными или митотически делящимися миоцитами (Рис.34-36), однако специализированные контактные структуры между ними полностью отсутствуют, приводя к изменению конфигурации некротической клетки.

рис.31 Характер деструктивных изменений

Важным обстоятельством, характеризующим возможные причины некротических изменений в кардиомиоцитах, является присутствие в непосредственной близости обменного сосуда (Рис.37) или сократительной клетки в состоянии митотического деления (Рис.38), а также при сочетании этих факторов (Рис.39): очевидно, что некроз миоцита в этом случае не может являться следствием затрудненной трофики. С другой стороны, преимущественная локализация некротических полей в зонах интенсивных морфогенетических трансформаций позволяет предположить запрограммированную гибель строго определенных клеток, обозначенную в общебиологической научной литературе понятием "морфогенетическая гибель" (С.Р.Уманский, 1982: А.А.Клишов. 1984; Pexieder, 1975).

р.32 р.33
 
р.34 р.35
  р.36

Начиная с 6-й недели эмбрионального развития человека, а также с 3-й недели кардиогенеза кролика, крысы и мыши обнаруживаются гибнущие клетки, которые имеют ряд существенных отличий от некротически измененных миоцитов и. тем не менее, достоверно принадлежат к классу сократительных кардиомиоцитов (Рис.40). Ядра таких клеток содержат конденсированный хроматин не в форме крупных грубых глыбок (как это характерно для некроза), а в виде мелких олигонуклеарных частиц, равномерно диспергированных по всему объему нуклеоплазмы. При этом перинуклеарное пространство не изменено по сравнению с окружающими интактными миоцитами. Объем клетки существенно уменьшается, однако в цитоплазме сохраняется большинство мембранных структур, уплотняется цитоскелет. Вакуолизация цитоплазмы не выявляется, однако на сарколемме в большом количестве появляются мелкие (до 0,7 мкм в диаметре) пузырьки и увеличивается число субсарколеммальных везикул. В большинстве случаев микропузырьки содержат одну небольшую митохондрию с неизмененной внутренней структурой. Характерной особенностью данного типа гибели является постоянное присутствие большого количества лизосом с электронноплотным содержимым. В указанных клетках мы не обнаружили разрывов внутренних цитоплазматических мембран и цитолеммы; митохондрии содержат умеренно плотный матрикс и развитый аппарат крист, причем крупных митохондрий, подобных располагающимся между миофибриллами соседних сократительных клеток, определить на электроннограммах не удавалось.

р.37,38 Группа некротически измененных клеток р.39 Митотическая фигура рис.40 Некроз кардиомиоцита

В составе миофибриллярного аппарата наблюдается укорочение и сужение отдельных саркомеров, однако разволокнений и деструкции 2-дисков не происходит. Важно отметить, что в большинстве случаев описываемые клетки соединяются с соседними сократительными кардиомиоцитами посредством неизмененных вставочных дисков, а миофибриллы в них на продольных срезах содержат признаки сокращения. Это обстоятельство однозначно указывает не только на сохраненную способность гибнущих по данному типу клеток (в отличие от некроза) проводить волну сокращения, но и участвовать в нем в степени, коррелирующей со степенью функциональных нарушений (Рис.41).

При проведении гистохимических реакций на тканевых срезах миокарда мы не обнаружили изменений активности лактатдегидрогеназы в цитоплазме описываемых клеток (в отличие от некротически измененных), однако интенсивная реакция на кислую фосфатазу стабильно выявляется в аутофагосомах гибнущих миоцитов, а также в гетерофагосомах соседних соединительнотканных клеток.

р.42 р.43

Анализируя подобный тип клеточной гибели, нам представляется возможным интерпретировать наблюдаемые изменения как комплекс реакций апоптоза, описанный в последние годы для клеток различных тканей и органов в качестве одного из способов потери интрацеллюлярных макромолекул с последующей недеструктивной гибелью клетки. Интерес представляет также публикация Н.В.Ямщикова (1985), описывающая так называемые "темный" и "светлый" типы гибели кардиомиоцитов в эмбриональном развитии цыплят еще до обоснования концепции апоптотических эмбриональных телец.

р.44 Фигура апоптоза

При выяснении топологических особенностей протекания клеточной гибели кардиомиоцитов по апоптотичес-кому типу выявлен отчетливый диффузный характер распределения гибнущих клеток в миокарде, причем две характерных особенности носят, на наш взгляд, принципиальный характер. Во-первых, ни в одном из случаев анализа серийных полутонких срезов апоптотический тип гибели не осуществлялся вблизи обменного сосуда (Рис.42-44). Во-вторых, локусы наиболее активных формообразовательных процессов никогда в наших наблюдениях не содержали фигур апоптоза.

Эти факторы позволяют предположить, что описываемый апоптотический механизм клеточной гибели, отчетливо морфологически и гистохими-чески распознаваемый на тканевых срезах миокарда изученных млекопитающих, должен быть отнесен не к морфогенетическому, а к патогенетическому типу гибели кардиомиоцитов; при этом одной из вероятных причин реализации указанного механизма является не генетическая программа (как это характерно для некротических полей в зоне морфогенетических трансформаций), а сугубо ситуационная необходимость, обусловленная дефицитом трофики конкретной клеточной территории.

Исходя из возможности четкой идентификации двух механизмов гибели кардиомиоцитов, нам представляется целесообразным провести сравнительный анализ указанных типов по ряду морфологических и гистохимических критериев, а также проследить динамику их протекания на этапах онтогенетического развития млекопитающих.

табл 9 сравнение некроза и апоптоза

Решение первого из поставленных вопросов отражено в таблице 9.

Для ответа на второй вопрос проведен подсчет индекса гибнущих клеток с учетом их принадлежности к некротическому или апоптотическому механизмам. Результаты количественного исследования показали, что некротически измененные клетки, не встречавшиеся на стадии трубчатого сердца у всех изученных млекопитающих, уже в начальные периода морфогенетических преобразований в составе сигмовидного сердца (5-я неделя эмбриогенеза человека; 10-12-е сутки эмбриогенеза кроликов, крыс и мышей) начинают интенсивно накапливаться и быстро достигают пиковых значений (от 5,4 до 5.9 промиле от всей популяции сократительных клеток) на 6-й неделе кардиогенеза у человека; на 18-е сутки. У кроликов; на 16-е сутул - у крыс и мышей. В позднем эмбриогенезе млекопитающих наблюдается активная редукция некротических изменений в ткани миокарда (Табл.10-13). Это приводит к тому, что при исследовании сердец новорожденных экспериментальных животных, а также при микроскопии миокарда 10-недельных плодов человека обнаруживаются лишь единичные некротически измененные остатки сократительных кардиомиоцитов в зоне конотрункальных борозд и межпредсердной перегородки.

т10 т11 т12 т13

В отличие от некротизированных кардиомиоцитов, апоптотические тельца на начальных этапах эмбрионального развития отсутствуют и лишь к концу эмбрионального периода по своей численности начинают преобладать среди гибнущих сократительных клеток. Как видно из данных таблиц 14-17, именно в позднем эмбриональном и раннем постэмбриональном периодах кардиомиогенеза наблюдается максимальное количество апоптозов на фоне редких некротических фигур. На протяжении постнатального развития экспериментальных животных, а также в плодном периоде человека в миокарде происходит закономерное снижение индекса гибнущих клеток. На 20-й неделе пренатального онтогенеза человека, на 20-й день жизни кроликов, к началу 3-й недели жизни крыс и мышей обнаруживаются единичные апоптотические тельца, а в миокарде у объектов следующей хронологической группы каких-либо признаков клеточной гибели выявить не удается.

В целом клеточная гибель как составная часть гистогенеза миокарда, отражая сочетание некротического и апоптотического механизмов на этапах кардиомиогенеза, имеет следующую количественную динамику: от нулевого значения на стадии трубчатого сердца общее количество гибнущих клеток быстро нарастает в рамках эмбрионального периода развития и достигает максимальных значений на 6-й неделе пренатального онтогенеза человека, на 24-е сутки эмбриогенеза кроликов, иа 18-е сутки развития крыс и на 14-16-е сутки эмбрионального развития мышей (Табл.18-21). В позднем эмбриональном периоде происходит резкое снижение значений суммарного индекса гибнущих клеток. На протяжении постэмбрионального развития наблюдается постепенное снижение количества гибнущих клеток вплоть до их полного исчезновения к 28-й неделе плодного развития человека и на протяжении 1-го месяца жизни изученных экспериментальных животных.

т14 т15 т16 т17

Таким образом, гибель сократительных кардиомиоцитов, являясь одним из важнейших составляющих нормального кардиомиогенеза млекопитающих, осуществляется двумя ведущими механизмами - некрозом и апоптозом  (рис.45).

т18 т19 т20 т21
45 Механизмы клеточной гибели: некроз и апоптоз в миокарде

Некротический механизм по своему   биологиескому    смыслу соответствует морфогенетическому типу клеточной гибели и является запрограммированным событием,    которое отчетливо сопрягается с активными форообразовательными процессами как топологически (аорто-пульмональная перегородка, конотрункальные борозды, межпредсердная и межжелудочковая перегородки), так и хронологически (эмбриональный период).

Апоптотический механизм соответствует гистогенетическому типу клеточной гибели и, следовательно, не имеет генетической "программы смерти". Топологически (диффузное распределение апоптотических фигур) и хронологически (поздний эмбриональный и ранний постэмбриональный периоды) указанный механизм не связан с морфогенетическими преобразованиями, являясь ситуационным следствием дефицита трофики конкретной клеточной территории.

 

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