Сердце, логотип
www.CARDIOGENES.dp.ua
строение и развитие сердечно-сосудистой системы
Реkлама: Болденон здесь на сайте По ссылке .
Кардиогенез :: Межклеточные взаимодействия в миокарде млекопитающих…
 
Гистогенетические процессы в развивающемся миокарде (Шпонька И.С., монография), 1996
(Шпонька И.С. Гистогенетические процессы в развивающемся миокарде млекопитающих: монография.- Дн-вск, 1996)
с.121-162
[ ⇐ назад | вперед ⇒ ]

Глава 5 Интеграция

Тенденции развития межклеточных взаимодействий в миокарде млекопитающих

Одной из важнейших составляющих гистогенеза является межклеточная интеграция (А.А.Клишов. 1984), в ходе которой осуществляется взаимодействие между гистогенетическими процессами. Межклеточная интеграция реализуется, прежде всего, через различного рода взаимодействия клеток. А.Г.Кнорре подчеркивал, что межклеточные и межтканевые корреляции развиваются на биохимической и биофизической основе.

Анализируя проблему развития межклеточных взаимодействий в миокарде, необходимо учитывать два основных аспекта: 1) специфические взаимодействия между кардиомиоцитами; 2) взаимодействия между кардиомиоцитами и другими клеточными структурами (включая их производные), или собственно межтканевые корреляции.

Одним из важных видов межклеточного взаимодействия на уровне кардиомиоцитов являются межклеточные контакты. Как системообразующие элементы они обеспечивают качественный переход от клеточного уровня организации к тканевому (В.И.Архипенко и др.. 1975; А.Г.Маленков, Г.А.Чуич, 1979; А.Г.Маленков и др. 1982).

Динамика плотности десмосом

Межклеточными контактами, обнаруживающимися в сердце млекопитающих на ранних стадиях эмбриогенеза являются нексусы (Gros, Challice, 1976; Mazet, 1977; DeMello, 1980; Gourdie et al., 1992), что формирует основу для электротонического распространения импульсов возбуждения между кардиоииоцитами (Goshima, 1970; De Haan, Hirakow, 1972; Rash, Fambrough, 1973).

С начальных стадий кардиогенеза количество и протяженность нексусов возрастает у мышей (Gros et al., 1978; 1979), крыс и кроликов (Page, 1979; Shibata, 1979); по данным Hirakow, Gotoh (1980), существенное возрастание доли сарколеммы кардиомиоцитов крыс, приходящейся на нексусы, происходит только в постнатальном развитии. Указанные изменения в развитии нексусов, а также увеличение их плотности в пренатальном развитии (van Kempen et al., 1991) сильно коррелируют с возрастанием скорости проведения импульса (Veestra, 1991).

По-видимому, в ходе гистогенеза миокарда возрастает значение и других функций щелевых контактов, таких как синхронизация сокращений, прямая межклеточная коммуникация, обмен морфогенетическими сигналами (Griepp, Revel, 1980; Pitts, Finbow, 1980; Severs et al., 1993).

Образование областей единой детерминации с помощью нексусов (Lo. 1982), а также трансформация клеточной группы, объединенной щелевыми мостиками, в единую функциональную единицу (Pitts, Finbow, 1980) свидетельствуют о существенной роли этого вида соединения в интеграции ткани.

Регуляция работы нексусов в миокарде достигается изменением концентрации ионов, Са2+ (DeMello, 1980), перестройками четырехмерной структуры актина, α-актинина и винкулина, входящих в их состав (Jockush et al., 1993), и. возможно, действием фактора роста фиб-робластов (Kardami et al., 1991).

Десмосомы, выполняющие функцию механического связывания клеток, характерны для всех этапов дифФеренцировки сердечной мышцы (Spira, 1971; Rodrigues Correia, 1975; Mancini et al., 1989). Ультраструктура большинства десмосом уже на стадии трубчатого сердца имеет дефинитивные черты (П.А.Хлопонин, 1976а; Viragh, Challice, 1973). Напротив, формирование - одного из видов контактов кардиомиоцитов в области вставочных дисков - тесно связано с дифференцировкой сократительного аппарата мышечных клеток и имеет четкие возрастные особенности (McNutt, 1970; Markwald, 1973; Rodrigues Correia, 1975). Зрелые черты ультраструктурной организации fasciae adherentes кардиомиоцитов крыс приобретают еще в позднем пренатальном развитии (Melax, Leeson, 1969).

Ведущую роль в межклеточных взаимодействиях играют феномены, связанные с рецепторной функцией клеток. В настоящее время установлено, что цитолемма любой клетки несет рецепторы ко всем молекулам внеклеточного матрикса, ее окружающим (Burridge et al, 1987; 1988; Clayton et al., 1987; Hynes, 1987; Reichardt, Tomaselli, 1991; Turner, 1992). Эти рецепторы являются промежуточным звеном, объединяющим активный комплекс цитоскелета, базальные мембраны и внеклеточный матрикс в единую непрерывную сеть (В.И.Канторова, 1994; Birk, 1985). Изменение в состоянии хотя бы одного из этих компонентов способно влиять на важнейшие гистогенетические процессы, такие как дифференцировка, пролиферация и миграция клеток (Тооlе, 1981; Panayotov et al.,1989; Reichardt, Tomaselli, 1991). Наиболее существенные перестройки в составе клеточных рецепоров кардиомиоцитов крысиного эмбриона, относящихся к классу интегринов, координированы с экспрессией молекул внеклеточного матрикса и имеют топографические особенности (Zhang et al., 1993), тесно связанные с различиями в составе внеклеточного матрикса (Markward et al., 1978).

Адгезивные гликопротеиды и трансмембранные белки базальных мембран кардиомиоцитов - тенасцин, N-кадгерин - появляются в сердце в участках наиболее активного протекания морфогенетических процессов (Hatta et al., 1987; Duband et al., 1988; Duband, Thiery, 1990; Hurle et al., 1990).

Динамика клеточных рецепторов в гистогенезе миокарда связана с изменением в количественном и качественном составе гликопротеинов, являющихся лектинами или выявляемых с помощью лектинов (Gros et al, 1991; Stegemann et al., 1990). Предполагают, что углеводные остатки этих гликопротеинов стимулируют рост клеток (О.А.Хомутовский и др., 1986), участвуют в образовании межклеточных контактов (Robertson, Barondes, 1983; Sharon, 1987), определяют миграционную способность (Fazel et al., 1987). Установлена клеточная (Belloni et al., 1988), органная (Bardosi et al., 1990) и видовая (Brkovic et al., 1992) специфичность спектра связывающих лектины поверхностных гликоконъюгатов сердца. Межклеточные взаимодействия, обусловленные электрическими зарядами мембран, определяются гетерогенностью клеточной поверхности, аналогичной демонстрируемой при связывании лектинов; в частности, накопление заряда связано с остатками сиаловых кислот (Weiss, Harlos, 1980).

Многочисленными исследованиями подтверждено влияние изменений внеклеточного матрикса на дифференцировочные процессы в миокарде (Manasek, 1975; Тооlе, 1981; Drake, Jacobson, 1988). Протеогликаны (хондроитинсульфат и гепаринсульфат) имеют огромное значение в нормальном протекании ранних стадий кардйогенеза (Yost, 1990; Funderburg et al., 1991), препятствуя дисперсии клеток и обусловливают их адгезию с помощью других факторов (С.М.Бычков. С.А.Кузьмина. 1992).

Межклеточные взаимодействия во многом определяется отработкой особых тканевых факторов, называемых факторами роста (von Senhbush, 1982; Carpenter, Cohen, 1987; Long et al., 1990). Обнаружены существенные изменения в экспрессии и распределении основного и кислого фактора роста фибробластов в развивающемся сердце крысы (Spirito et al., 1991), трансформирующего ростового фактора b в сердце мышиных зародышей (Heine et al., 1987; Akhurlst et al., 1990). Ростовые факторы, выполняя пара - и аутокринную функцию в регуляции состояния клеток миокарда (Parlow et al., 1991; Engelmann et al., 1993), в межклеточных взаимодействиях участвуют посредством изменения свойств внеклеточного матрикса и количества рецепторов к его молекулам (Sporn et al., 1987; Engelmann 1993).

В современной научной литературе, рассматривающей вопросы межклеточных взаимодействий и их реализации в миокарде, большое внимание исследователей уделено изучению паренхиматозно-стромальных взаимоотношений в органе.

Функциональные и морфологические особенности кардиогеля до появления в миокарде стромальных элементов описаны Hurle с соавторами (1980). Структурирующее влияние кардиогеля, в образовании которого принимает участие эндотелиальные клетки (Drake et al., 1988), на формирование гистоархитектоники сердца подробно изучено Nakamura с соавт.(1981), Krug с сотр. (1987), Viragh с соавт. (1989). Проникновение в миокард первичных сосудов считают началом развития стромального аппарата органа (С.Е.Стебельский и др., 1979). У человека этот период приходится на 8-10-ю неделю эмбриогенеза (Л.М.Непомнящих. 1981), у крыс - на 12-14-е сутки пренатального развития (Ostadal et al., 1971). Наиболее подробное описание электронно-микроскопических изменений в начальный период развития стромы мы встречали у Arrechedera с соавторами (1984). По мнению авторов в миграции соединительнотканных клеток на ранних этапах развития миокарда большое значение имеет внеклеточный матрикс, синтезируемый кардиомиоцитами.

По данным Г.Г.Павлова (1990; 1991) в миокарде в раннем эмбриогенезе формируются две генерации стромальных структур- провизорная и дефинитивная. Провизорные фибробласты дифференцируются из хондроидной ткани сердца, а дефинитивные - врастают от коллекторов коронарной системы. Автор указывает, что различия в функциональном значении элементов стромы на более поздних этапах онтогенеза обусловлены эквивокальностью их происхождения.

При стереологическом анализе тканевых компонентов миокарда человека в раннем пренатальном онтогенезе Л.М.Непомнящих с соавт. (1983) было установлено, что относительный объем мышечных клеток сохраняет стабильность в период с 4-й по 14-ю неделю эмбриогенеза, относительный объем соединительнотканных клеток, межклеточного пространства снижается, а относительный объем капилляров нарастает. Авторами было отмечено относительное опережение в дифференцировке сосудистого русла по сравнению с другими компонентами стромы.

В постнатальном онтогенезе паренхиматозно-стромальные взаимоотношения подвержены существенным изменениям (Н.А.Кочетов, 1987). Наиболее существенной чертой развития гистоструктуры миокарда в этот период является нарастание удельного объема стромы и соединительнотканных компонентов в ней (В.А.Жукова, 1974). В ряде работ указывается на дальнейшее увеличение в постнатальном онтогенезе поверхности капилляров, их относительной длины и объема, площади поперечного сечения (В.А.Козлов, 1985; В.И.Козлов, 1986; Mattfeldt et al., 1987).

Наиболее полное описание динамики относительного объема стромальных компонентов сердца крыс в постнатальном развитии мы обнаружили у Г.Е.Загоруйко (1989), который показал, что относительный объем клеточных элементов стромы повышается к 10-м суткам жизни и в дальнейшем снижается, а относительный объем основного вещества соединительной ткани после 10-х суток эмбриогенеза увеличивается.

Анализ доступных нам литературных источников показал, что наиболее обширная информация накоплена о паренхиматозно-стромальных взаимоотношениях в зрелом миокарде (Н.А. Самотейкин и др., 1974; В.Д.Маковецкий и др.. 1979; Л.В.Непомнящих и др., 1983; В.Е.Шляховец и др., 1983; А.С.Гавргаш,; 1984; Treder-Mentuch, 1987) и при различных патологических состояниях миокарда (Л.М.Непомнящих и др., 1977; 1980; 1986; 1987; 1989).

По данным Л.М.Непомнящих и соавт. (1986) паренхима зрелого миокарда крыс составляет 88,8% от объема ткани, соединительная ткань 8,8%, элементы микроциркуляторного русла 7,3%. Из других источников известно, что относительный объем кардиомиоцитов в дефинитивном миокарде крыс колеблется в пределах 80-87% (Л.В.Колесникова, Л.Н.Непомнящих, 1978; Anversaet al., 1975). В миокарде половозрелых кроликов этот показатель составляет только 76,2% (Л.М.Непомнящих, Л.В.Колесникова, 1977). По данным Е.В.Червовой и соавторов (1980) в дефинитивном миокарде крыс клетки соединительной ткани составляют 2 %. соединительнотканные волокна - 0,2 %, основное вещество соедини" тельной ткани - 8.0%. Пролиферативная активность интерстициальных клеток миокарда сохраняется в течение всей жизни (Е.В.Замараева, 1989).

Абсолютные количественные соотношения клеток паренхимы и стромы существенно отличаются от относительных объемов этих клеток: с возрастом количество клеток соединительной ткани миокарда кроликов на 1 кардиомиоцит возрастает (И.И.Малышев, 1977), число ядер соединительнотканных клеток в зрелом миокарде крысы в два раза больше числа ядер кардиомиоцитов (Т.А.Леонтьева, 1973), а количество эндотелиальных клеток втрое превышает число мышечных (Л.М.Непомнящих и др.. 1989). В исследованиях Н.Н.Цирекидзе (1982) установлено, что абсолютное количество кардиомиоцитов после 1-го месяца жизни мышей сохраняется стабильным.

Анализ тканевых стереологических показателей в различных слоях зрелого миокарда крыс свидетельствует о том, что наиболее вариабельными параметрами в миокарде являются поверхностная плотность капилляров, относительный объем соединительной ткани, а также поверхностнообъемное соотношение кардиомиоцитов (В.А.Федосеев и др.. 1992; 1993).

Используя оригинальную методику. Г.Г.Автандилов с соавт. (1979; 1980) показали, что интенсивность кровоснабжения миокарда зависит от стереологических соотношений в системе "капилляр - кардиомиоцит". В исследованиях В.Д.Мишалова (1986) установлено, что в зрелом миокарде достигается оптимальное соотношение между капиллярами и мышечными волокнами, равное 1:1.

Возрастные изменения стромального аппарата в позднем постнатальном развитии связывают с разрастанием соединительной ткани по ходу сосудов, снижением плотности капилляров, увеличением вариабельности диаметра капилляров (О.А.Давыденко. 1976; Г.И.Непомнящих и др., 1983; Л.М.Непомнящих и др.. 1986), существенными изменениями в гистохимическом составе соединительной ткани (А.В.Стутина, 1969; Л.М.Непомнящих и ДР., 1971; Е.Б.Лейтан, 1972).

Наряду с количественным изучением паренхиматозно-стромальных взаимоотношений в миокарде внимание исследователей было направлено на углубление представлений о функциях стромального аппарата сердца и, в частности, его соединительной ткани. Помимо общих функций, таких как трофика, опора, компартментализация (В.В.Серов и др. 1981), в функционировании соединительной ткани миокарда выделяют особенности, связанные с тканеспецифичными свойствами. Этими дополнительными функциями являются: 1) формирование изолированных электрических синцитиев и установление контактов между ними (Dolber et al., 1987); 2) участие в сокращении миокарда (И.И.Малышев, 1993; Little et аl., 1987); 3) предотвращение перерастяжения, восстановление первоначальной длины кардиомиоцита после сокращения (Robinson et al., 1983; Caulfield et al., 1985).

Выделяют также функции соединительной ткани, имеющие важное значение в раннем эмбриогенезе. Такими функциями являются индукционная роль в морфогенетических взаимодействиях, влияние на дифференцировку различных тканей, в том числе и мышечной (Robert et al., 1974; Haba et al., 1975; Ketley et al., 1976; Reddi, 1976; Pearson et al., 1982; Little et al., 1987).

Wiens и соавт. (1984) установили, что формирование миофибрилл в развивающихся кардиомиоцитах невозможно при подавлении синтеза коллагена и выдвинули предположение об участии коллагена в синтезе сократительных белков и сборке их в миофибриллы.

В.В. Серов и соавт. (1981) объединили морфогенетическую и индукционную функции соединительной ткани и определили их как информационно-регуляторные. Авторами была сформулирована концепция о клетках соединительной ткани как короткодистантных регуляторах на микрорегионарном уровне. Регуляторные влияния этих клеток связаны с синтезом "структурных медиаторов" - коллагеновых и других волокон (Lillie et al., 1977), особыми свойствами клеточной поверхности соединительнотканных клеток, выходом низко- и высокомолекулярных веществ, образующихся в процессе жизнедеятельности и гибели клеток (Kadar et al., 1972).

Таким образом, приведенные литературные данные свидетельствуют о значительных сдвигах в паренхиматозно-стромальных взаимоотношениях в миокарде, а также о существенной структурно-функциональной взаимосвязи между кардиомиоцитами и стромальными элементами миокарда в ходе индивидуального развития. В то же время много вопросов, касающихся межклеточных взаимодействий в ходе гистогенеза миокарда, лишь поставлено, но отнюдь не решено. Наиболее важными представляются количественные аспекты проблемы, а также соотношение различных типов взаимодействий на этапах онтогенеза.

При анализе проблемы клеточной интеграции в миокарде в качестве гистогенетического процесса необходимо различать два основных аспекта межклеточных взаимодействий - гомотипические (взаимодействия между сократительными кардиомиоцитами) и гетеротипические (взаимодействия между сердечными миоцитами и клетками стромального компонента миокарда). В свою очередь, межмиоцитарные взаимодействия (гомотипические) складываются из двух ведущих компонентов - контактного и дистантного.

78. Десмосомоподобные контакты

Учитывая системообразующую роль специализированных мембранных образований кардиомиоцитов в формировании тканевой структуры, была прослежена онтогенетическая динамика развития 3-х основных разновидностей контактов между сократительными клетками - десмосом, нексусов и fasciae adhaerentes. Количественный ультраструктурный анализ показал, что на самых ранних этапах эмбрионального гистогенеза общий план строения десмосом уже соответствует, в целом, той структуре, которая наблюдается в зрелом миокарде (Рис.78). В то же время, соответствующие количественные характеристики данных контактов испытывают существенные изменения на этапах онтогенеза млекопитающих. В качестве морфологического критерия гомотопического взаимодействия между кардиомиоцитами, опосредованного десмосомами, была изучена динамика плотности данных контактных структур в расчете на 1000 мкм2 площади сарколеммы (Рис.79).

Выяснилось, что на начальных этапах кардиомиогенеза десмосомы постоянно присутствуют на соприкасающихся мембранах сократительных клеток, однако их удельное количество является весьма низким вплоть до 8-й недели эмбриогенеза человека и до момента рождения изученных экспериментальных животных. В постэмбриональном периоде развития происходит активное нарастание плотности десмосом, достаточно быстро достигающее дефинитивного уровня (в миокарде человека - на 28-й неделе плодного развития; у кроликов -к 20-му дню жизни; у крыс и мышей - к началу 3-й недели постнатального онтогенеза). В миокарде человека в этот период обнаруживаются наивысшие значения изучаемого параметра (750-770 десмосом на 1000 мкм2) среди всех изученных млекопитающих.

При изучении плотности распределения нексусов на поверхности сократительных клеток обнаруживалась иная онтогенетическая динамика: втечение эмбрионального периода наблюдается резкое накопление численности щелевых контактов, имеющих незначительную протяженность (Рис.80), однако в постэмбриональном периоде плотность нексусов практически не нарастает, испытывая незначимые в статистическом отношении колебания в пределах 500-600 контактных структур на 1000 мкг клеточной поверхности (Рис.81).

80 81
83

Необходимо отметить, что на протяжении эмбрионального онтогенеза первоначально активное накопление нексусов практически не сопровождается удлинением щелевых контактов (Рис.82; 83-А); в постэмбриональном периоде непосредственно прилежащие друг к другу мембраны в составе нексуса становятся все более протяженными, хотя и заметно варьируют в различных контактах.

С этой точки зрения показатель плотности нексусов имеющих непостоянную ультраструктуру, как в хронологическом, так и в топологическом отношениях, нельзя представить как адекватную меру контактных межклеточных взаимодействий кардиомиоцитов; в качестве такой меры нами использована суммарная площадь мембран нексусов в расчете на поверхность одной сократительной клетки. На рисунке 83-Б отчетливо заметно, что нарастание указанного параметра в эмбриональном периоде развития изученных млекопитающих не выражено, несмотря на значительное увеличение их количества; наиболее активно общая площадь, занимаемая щелевыми контактами, увеличивается в период с 10-й по 28-ю неделю внутриутробного развития человека; в миокарде экспериментальных животных аналогичное явление обнаруживается в течение 1-2-й недель перинатального онтогенеза.

Результаты корреляционного анализа показали, что онтогенетическая динамика численной плотности десмосом весьма слабо коррелирует с аналогичным параметром нексусов, однако при сопоставлении с динамикой их суммарной площади в 1 клетке получены исключительно высокие коэффициенты положительной линейной корреляции (от +0,86 у кроликов до +0,97 у крыс).

82 84

Одним из важнейших контактных образований, определяющих специфическую тканевую организацию сократительного миокарда на уровне гомотипических взаимодействий, являются fasciae adhaerentes, которые закрепляют концевые саркомеры миофибрилл. Развитие ультраструктуры этих контактных образований в большой мере зависит от степени дифференцировки миофибриллярного аппарата кардиомиоцитов и выраженно изменяется на этапах онтогенеза млекопитающих. Как показали электронно-микроскопические исследования, изменения строения fasciae adhaerentes заключаются в закономерном уплотнении их осмиофильного материала, в усложнении геометрической конфигурации, нарастании протяженности участвующих в контакте цитомембран и ряде ДРУ" гих ультраструктурных сдвигов (Рис.84-86).

Необходимо отметить, что значение fasciae adhaerentes в процессе реализации гомотипических межклеточных взаимодействий определяется, в конечном итоге, той площадью контактной сарколеммы, которая предоставляется для фиксации созревающих миофибрилл и, следовательно, обусловливает сократительную способность клетки. В связи с этим изучена динамика изменений относительной площади мембран fasciae adhaerentes (в процентном выражении от общей площади поверхностной мембраны кардиомиоцита).

Результаты стереологического исследования показали, что на протяжении эмбрионального гистогенеза миокарда происходит закономерное нарастание значений указанного параметра (до 3,1-3,5% от всей поверхности сарколеммы), однако затем в миокарде изученных млекопитающих наблюдается некоторое снижение относительной площади мембран, участвующих в формировании fasciae adhaerentes (Рис.87). Это парадоксальное, на первый взгляд, явление обусловливается не диссоциацией электронно-плотного вещества fasciae adhaerentes и тем более не редукцией закрепленных миофибрилл, а опережающими темпами клеточного роста. В наибольшей мере описанная ситуация проявляется в миокарде человека с 12-й по 16-ю недели плодного периода, в наименьшей - в сердце кролика.

85 86

В последующем происходит резкое нарастание относительной площади fasciae adhaerentes: на 28-й неделе внутриутробного развития человека, а также к концу 1-го месяца жизни изученных экспериментальных животных fasciae adhaerentes занимают свыше 8% от всей площади поверхностной мембраны сократительных кардиомиоцитов. Дальнейшие сдвиги изучаемого параметра не имеют статистической значимости.

Органотипическим приспособлением, характерным для тканевой организации сократительного миокарда, являются вставочные диски. Исходя из того, что эти высоко специализированные структуры несут в своем составе все описанные выше контактные образования (Рис.88; 89), для определения характера и степени межклеточных взаимодействий изучена динамика изменений относительной площади вставочных дисков на этапах онтогенеза. Полученные данные показали принципиально сходный характер изменений этого параметра с результатами изучения fasciae adhaerentes. На графиках, представленных на рисунке 90, отчетливо заметны периоды нарастания относительной площади цитомембран вставочных дисков, разделенные периодом снижения показателя (причины этого явления мы уже оговорили выше). Корреляционный анализ, выявивший жесткую линейную корреляцию между изучаемыми параметрами (коэффициенты корреляции составили 0,83-0.93 у всех объектов), позволяет сделать предположение от взаимной обусловленности между конфигурациями fasciae adhaerentes и вставочного диска в целом.

87 88

Данные ультраструктурного анализа показали, что при этом дефинитивная структура вставочных дисков. Предполагает перпендикулярное расположение fasciae adhaerentes по отношению к длинной оси кардиомиоцита, тогда как нексусы и десмосомы локализованы, как правило, на продольно ориентированных участках сарколеммы.

89 90

Помимо контактных межклеточных взаимодействий в миокарде млекопитающих, необходимо проанализировать также и дистантные взаимодействия между кардиомиоцитами, опосредованные цитомембранным рецепторным аппаратом. В соответствии с современными представлениями о природе этих взаимодействий (Gros et al., 1987; Stegemann et al., 1990), развитие рецепторного аппарата кардиомиоцитов связано с изменением в количественном и качественном составе гликопротеинов, являющихся лектинами или выявляемых с помощью лектинов. Провести исчерпывающий анализ всех без исключения рецепторов клеточной поверхности сократительных клеток на нынешнем этапе развития биологической науки является задачей нереальной; с другой стороны, в настоящее время известны поверхностные гликоконъюгаты, обладающие специфичностью не только к отдельным клеточным типам, но и к определенным свойствам клеток.

Одним из таких гликоконъюгатов является лектин земляного ореха (PNA), специфично связывающий концевые остатки b-D-галактозы в углеводородном слое мембраны: в экспериментах с культурами кардиомиобластов, полученных от различных объектов, установлена отчетливая корреляция между содержанием b-D-галактозы и уровнем взаимодействий между изолированными клетками эмбрионального миокарда.

91-92

В нашей лаборатории с помощью PNA-лектина было проведено гистохимическое выявление остатков b-D-галактозы на тканевых срезах миокарда исследуемых млекопитающих с последующим цитофотометрическим измерением интенсивности реакции. Результаты показали, что на протяжении всего эмбрионального кардиомиогенеза интенсивность тканевой метки не испытывает сколько-нибудь значимых сдвигов и остается на сравнительно низком уровне (Рис.91); лишь в конце эмбрионального периода в миокарде экспериментальных животных (но не человека) обнаруживается тенденция к усилению накопления b-D-галактозы в сарколемме сократительных клеток (Рис.92). В постэмбриональном периоде у всех изученных млекопитающих отмечается активное нарастание цитофотометрических значений с быстрой последующей стабилизацией на уровне, превосходящем исходный в 4-6 раз (Рис.93). Указанный дефинитивный уровень достигается в миокарде человека уже на 20-й неделе плодного периода; у кролика, крысы и мыши - на 5-е сутки перикатального развития (Рис.94).

При анализе вопросов становления гетеротипических взаимодействий в миокарде млекопитающих был изучен широкий спектр стереологических характристик, отражающих уровень развития целостной тканевой организации миокарда и различных его компонентов. Необходимо подчеркнуть, что указанные характеристики, отражая единый фундаментальный процесс формирования структурного профиля миокарда, находятся в постоянном взаимодействии друг с другом, поэтому особое внимание при рассмотрении предстоящих вопросов мы уделили оценке корреляционных связей между изучаемыми параметрами.

93 94

На ранних сроках кардиомиогенеза в пространстве между кардиомиоцитами отсутствуют клетки соединительной ткани и сосудистого аппарата; межклеточное пространство выполнено кардиогелем, удельный объем которого интенсивно снижается; соответственно, значительно увеличивается удельный объем кардиомиоцитов (Рис.95). При этом наблюдается существенное нарастание удельной площади поверхности (Рис. 96), а также поверхностно-объемного индекса (Рис.97), что свидетельствует об интенсификации обмена через плазмалемму кардиомиоцитов.

95 96 97 98

На этапе морфогенетических преобразований сигмовидного сердца происходит активное формирование стромы миокарда: одновременно с врастающими сосудистыми элементами в межклеточное пространство проникают клетки соединительной ткани (Рис.98); тем не менее, относительный объем кардиомиоцитов продолжал увеличиваться и достигал максимальной величины за весь исследуемый период онтогенеза млекопитающих. В миокарде человека на 6-й неделе эмбриогенеза, у изученных экспериментальных животных - к концу 2-й недели пренаталь-

ного онтогенеза сократительные клетки занимают около 95% всего объема миокарда. В этот период наблюдаются выраженные сдвиги в поверхностной плотности кардиомиоцитов и их поверхностно-объемном индексе. Низкие величины поверхностной плотности клеток фибробластического ряда и эндотелиоцитов связаны как с незначительной плотностью упаковки данных структур, так и с их морфо-функциональной незрелостью, что подтверждают низкие значения поверхностно-объемных соотношений этих клеток.

Незначительной функциональной активности капилляров в указанный период соответствуют следующие количественные наблюдения: удельный объем эндотелиоцитов сопоставим с удельным объемом просвета капилляра; мало отличаются индексы поверхностно-объемного (Рис.99), эндотелио-миоцитарного (Рис.100) и фибробластномиоцитарного соотношений (Рис.101). При этом основное вещество соединительной ткани занимает половину объема стромы; стромальная плотность упаковки капилляров более чем 2-кратно превышает удельный объем в строме фибриллярных компонентов соединительной ткани.

99 100

Таким образом, в начальный период кардиомиогенеза происходят активные события в развитии тканевой архитектоники миокарда. Малодифференцированные фибробласты в этот период активно синтезируют коллаген, относительный объем которого превышает плотность упаковки фибробластов в несколько раз (Рис.102). Об интенсивности секреции ими основного вещества соединительной ткани с уверенностью судить трудно, так как обнаруженный нами внеклеточный компонент соединительной ткани, не содержащий фибриллы, может быть остатком вещества кардиогеля. Тем не менее, ряд литературных источников свидетельствует о более ранней способности фибробластов к синтезу основного вещества соединительной ткани по сравнению с синтезом фибриллярных структур (А.Б.Шехтер, 1975; В.В.Серов и др., 1981). Обнаруженная нами особенность в становлении синтетической функции фибробластов, по-видимому, является органоспецифичной и связана с развитием сократительной активности миокарда, поддерживаемой и осуществляемой при помощи фибриллярного компонента соединительной ткани.

На 6-й неделе эмбрионального развития человека и в конце 2-й недели пренатального онтогенеза экспериментальных животных удельный объем фибробластов в строме является наименьшим среди всех элементов стромального аппарата (Рис.103), тем не менее поверхностно-объемный индекс фибробластов (Рис.104) почти на два порядка превышает таковой кардиомиоцитов и в несколько раз - эндотелиоцитов, что, по-видимому, свидетельствует как о большей дифференцированности фибробластов в этот период, так и о развитии их тканеспецифичности, отражающей существенную роль плазмолеммальной поверхности этих клеток в функционировании и тканевой компартментализации миокарда. Значительная величина стромальной плотности упаковки основного вещества соединительной ткани (Рис.105) в этот период указывает на сохранение опосредующей роли гликозаминогликанного матрикса в процессе взаимодействия между кардиомиоцитами и клеточными стромальными элементами в раннем эмбриогенезе.

101 102
103 104
105

В последующем происходят наиболее существенные сдвиги в развитии паренхиматозно-стромальных взаимоотношений в миокарде. Нарастание удельного объема кардиомиоцитов сменяется сопоставимым по скорости снижением, связанным с активной пролиферацией и функционированием элементов стромы. Резкому возрастанию плотности упаковки фибробластов, а также наиболее активному в пренатальном онтогенезе приросту их поверхностной плотности соответствует - быстрое накопление коллагеновых и других фибриллярных структур (рис.106); при этом происходит умеренное нарастание плотности упаковки основного вещества соединительной ткани. Более существенные сдвиги относительного объема фибробластов по сравнению с динамикой их поверхностной плотности обусловливают некоторое снижение поверхностно-объемного индекса фибробластов (Рис.107). Поверхностно-объемное эндотелио-миоцитарное соотношение изменяется более заметно по сравнению с фибробласто-миоцитарным.

106

Следует отметить, что выраженность изменений удельного объема компонентов стромального аппарата в строме и в ткани не совпадают: относительный объем фибриллярных структур в строме изменяется крайне незначительно, в то время как плотность упаковки их в ткани возрастает в 2 раза; в динамиках тканевой и стромальной плотности упаковки основного вещества соединительной ткани наблюдается обратное соотношение (Рис.105).

В исследуемый период эмбриогенеза существенно возрастает плотность упаковки эндотелиоцитов, однако увеличение удельного объема просвета капилляров является более выраженным, что свидетельствует о возрастании функциональной активности капилляров. Более чем в 3 раза увеличивается поверхностная плотность эндотелиоцитов, однако сдвиги поверхностно-объемного индекса этих клеток выражены умеренно. Вследствие значительных отрицательных сдвигов в плотности упаковки кардиомиоцитов трехкратное возрастание индекса, отражающего объемные соотношения капилляров и кардиомиоцитов. не сопровождается значительным изменением стромальной плотности упаковки капилляров.

На протяжении позднего эмбриогенеза млекопитающих происходит дальнейшее снижение плотности упаковки кардиомиоцитов и увеличение их поверхностно-объемного соотношения. Темпы нарастания плотности упаковки фибробластов и фибриллярных структур значительно снижаются по сравнению с ранним эмбриогенезом. Активно возрастает плотность упаковки основного вещества, что, возможно, отражает перестройку синтетической функции фибробластов. Стромальная плотность упаковки фибриллярных структур, основного вещества соединительной ткани и капилляров статистически достоверно не изменяется.

Онтогенетические сдвиги, наблюдаемые в параметрах сосудистого компонента, характеризуются снижением темпов и сохранением направленности, присущей предшествующим этапам. Изменения в удельном объеме эндотелиоцитов и просвета капилляров отличаются большей пропорциональностью по сравнению с предыдущим возрастным интервалом. Сохраняются тенденции к умеренным сдвигам в стромальной плотности упаковки капилляров, возрастанию объемного индекса, отражающего взаимоотношения капилляров и кардиомиоцитов; в этот период наблюдаются выраженные изменения в поверхностно-объемном эпителио-ыиоцитарном соотношении.

При проведении корреляционного анализа выяснилось, что в раннем эмбриогенезе млекопитающих относительный объем фибробластов находится в сильной положительной корреляционной взаимосвязи с плотностью упаковки коллагена, а в позднем эмбриогенезе - с относительным объемом основного вещества соединительной ткани. Указанная временная структура корреляционных связей в определенной мере свидетельствует о чередовании направленности синтетической функции фибробластов в раннем эмбриогенезе, когда низкий уровень цитодифференцировки фибробластов является препятствием для одновременного интенсивного синтеза фибриллярного и аморфного компонента соединительной ткани.

В раннем эмбриогенезе в миокарде млекопитающих установлена положительная корреляционная взаимосвязь средней силы между относительным объемом фибробластов и их поверхностной плотностью; тем не менее, при этом наблюдается снижение поверхностно-объемного соотношения фибробластов. Возможно, что этот факт свидетельствует о дифференцировочных сдвигах в фибробластах, в большей степени направленных в сторону активного увеличения их относительного объема, чем в сторону повышения обменной функции.

Индекс объемного соотношения капилляров и кардиомиоцитов в раннем эмбриональном периоде находится в сильной положительной корреляционной взаимосвязи с поверхностной плотностью эндотелиоцитов, что указывает на выраженную зависимость гистодифференцировки эндотелия от уровня обмена между кардиомиоцитами и внешней средой.

Существенное снижение стромальной плотности упаковки основного вещества соединительной ткани, несмотря на возрастание относительного объема основного вещества в миокарде, связано с активным размножением эндотелиальных и соединительнотканных клеток, а также дифференцировкой микрососудистого русла. Разумно предположить, что наблюдаемая ситуация является свидетельством того, что эмбриональный тип межклеточных взаимодействий (Nakamura, 1981; Krug, 1987), опосредованных, в основном, гликозаминогликанным матриксом сменяется на более зрелый, связанный с окончательным формированием гистогематического барьера (Рис.108).

108

Сильная положительная корреляция между индексом объемного капилляро-кардиомиоцитарного соотношения и удельным объемом фибриллярных структур в ткани в этот период указывает на усиление роли фибрилл соединительной ткани в структурировании обменных процессов между кровеносным руслом и кардиомиоцитами. В целом, развитие гетеротипических взаимодействий между компонентами миокарда млекопитающих на протяжении эмбрионального периода претерпевает ряд последовательных этапов: а) постепенная редукция эмбрионального типа межклеточных взаимодействий; б) активное формирование стромального аппарата и стремительная динамикой тканевой структуры; в) существенное замедление тканевых перестроек на фоне усиления обменных межклеточных процессов.

К моменту рождения и в течение первых суток жизни крыс и мышей большинство стереологических параметров испытывают более выраженные сдвиги, чем в позднем пренатальном периоде развития. Активно снижается удельный объем кардиомиоцитов за счет возрастания плотности упаковки всех стромальных элементов. Существенное увеличение плотности упаковки фибриллярных структур и основного вещества соединительной ткани наблюдается к моменту рождения, а наиболее выраженные сдвиги в относительном объеме фибробластов и капилляров - к 1-м суткам жизни; при этом динамика последнего в большей степени обусловлена увеличением удельного объема просвета капилляра. Указанные сдвиги реализуются в объемном составе стромы: к концу 1-х суток жизни сосудистый компонент занимает более половины объема стромы. Быстро возрастают поверхностно-объемный фибрабласто-миоцитарный и зндотелио-миоцитарный индекс. В указанный период активно увеличиваются поверхностно-объемные характеристики стромальных клеточных элементов миокарда и сократительных кардиомиоцитов, что указывает на интенсификацию обменных процессов между ними.

К 3-м суткам жизни крыс и мышей продолжают активно изменяться тканевые характеристики кардиомиоцитов: снижается плотность упаковки кардиомиоцитов, возрастают поверхностная плотность и поверхностно-объемное соотношение. Удельный тканевой объем фибробластов умеренно нарастает, тем не менее, происходит активное увеличение относительного объема фибриллярных структур и основного вещества соединительной ткани, изменения в поверхностно-объемном индексе фибробластов отличаются сохранением темпов, наблюдаемых на предыдущем этапе развития. В раннем перинатальном развитии наблюдаются умеренные изменения со стороны всех стереологических параметров капилляров. Поверхностно-объемные соотношения клеточных элементов стромального аппарата и кардиомиоцитов продолжают активно изменяться. Незначительно увеличивается стромальная плотность упаковки основного вещества соединительной ткани.

С 3-х по 10-е сутки жизни крыс и мышей наблюдаются существенные и разнонаправленные сдвиги в значениях большинства стереологических параметров. Существенно снижаются темпы изменений плотности упаковки кардиомиоцитов и их поверхностной плотности. Появление отрицательной динамики плотности упаковки фибробластов после 3-х суток жизни, при постоянном нарастании поверхностной плотности фибробластов, приводит к выраженному увеличению поверхностно-объемного индекса фибробластов. Значительно возрастает поверхностно-объемное эндотелио-миоцитарное соотношение. Относительный объем фибриллярного и аморфного компонента соединительной ткани несущественно возрастает, что заметно отличается от сдвигов этих параметров, наблюдающихся на предыдущих возрастных этапах.

В указанный период обращает на себя внимание значительное снижение темпов изменении плотности упаковки эндотелиоцитов и относительного объема просвета капилляра, что наиболее выражено между 5-ми и 10-ми сутками постнатального развития. Изменения в поверхностной плотности эндотелиоцитов, напротив, сохраняют темпы и направленность, наблюдающиеся ранее, что в равной степени относится и к поверхностно-объемному индексу эндотелиоцитов. Соотношение объемов капилляров и кардиомиоцитов возрастает незначительно. Статистически значимых изменений в объемных соотношениях компонентов стромы не происходит.

К концу 1-го месяца жизни происходит стабилизация значений большинства параметров или наблюдаются несущественные их сдвиги, имеющие направленность, характерную для предшествующих стадий. Обращает на себя внимание увеличение относительного объема коллагена и снижение удельного объема основного вещества соединительной ткани, что отличается от изменений, происходивших в течение 2-й недели жизни. Снижение плотности упаковки эндотелиоцитов, несмотря на возрастание удельного объема просвета капилляра, приводит к стабилизации индекса, отражающего объемные взаимоотношения капилляров и кардиомиоцитов. Поверхностно-объемный индекс эндотелиоцитов и фибробластов продолжает нарастать. Поверхностно-объемные эпителио-миоцитарный и фибробластно-миоцитарный индексы несущественно возрастают.

Исследования, проведенные в развивающемся миокарде кролика и человека, соответствуют общим тенденциям, установленным при изучении сердца крыс и мышей. Дефинитивный характер гетеротипических межклеточных взаимодействий в миокарде кролика достигается на 20-е сутки постнатального онтогенеза; в миокарде человека - на 28-й неделе плодного периода.

Дисперсионный анализ показал, что в постэмбриональном гистогенезе миокарда млекопитающих значение поверхностной плотности фибробластов в тканевой организации миокарда снижается; ведущими факторами разнообразия ткани становятся, поверхностная плотность эндотелиальных клеток и плотность упаковки межклеточного пространства.

Стереологическое исследование миокарда млекопитающих на этапах гистогенеза позволило проследить формирование гетеротипических межклеточных взаимоотношений и выявить закономерные тенденции в этом процессе, заключающиеся в увеличении относительного объема стромы на протяжении пре- и постнатального онтогенеза, стабилизации количественных соотношений внеклеточных компонентов соединительной ткани к концу пренатального развития, постоянном возрастании поверхностно-объемных индексов, значительных изменениях со стороны сосудистого компонента стромы.

В эмбриональном кардиомиогенезе. в связи с низким уровнем клеточной дифференцировки, регуляция межклеточных взаимодействий в тканевых участках осуществляется благодаря различным количественным взаимоотношениям между кардиомиоцитами и клетками стромального аппарата. Закономерное постэмбриональное развитие клеточных элементов миокарда способствует тому, что в дальнейшей регуляции межклеточных реакций все большее значение приобретают различия в поверхностной плотности клеток стромального аппарата и относительном объеме межклеточного пространства.

Для количественной оценки процесса интеграции клеток в миокарде на этапах кардиомиогенеза мы провели расчет интегрального параметра межклеточной интеграции, основываясь на стратегии политетического кластерного анализа (К.Bailey, 1985), которая позволяет охарактеризовать определенный процесс с учетом комплекса разнообразных критериев и степени значимости каждого из них. Необходимо подчеркнуть, что значимость исследуемых параметров существенным образом изменялась в зависимости от конкретного онтогенетического этапа, поэтому необходимые расчеты проведены по оригинальной методике (более подробно см.: И.В.Твердохлеб и др., 1996) применительно к нашей задаче. Выразив дефинитивный (максимальный) уровень межклеточной интеграции через 100%, были получены соответствующие относительные показатели на всех изученных этапах кардиомиогенеза человека, кролика, крысы и мыши.

Расчеты показали, что на протяжении эмбрионального кардиомиогенеза млекопитающих происходит активное нарастание уровня межклеточных взаимодействий, сменяющееся периодом относительной стабилизации в рамках раннего постэмбрионального периода: в миокарде человека данный период продолжается с 8-й по 14-ю неделю пренатального онтогенеза; в сердце экспериментальных животных - в течение первых 5 дней перинатального развития.

109 Интегральные параметры взаимодействий

Затем вновь отмечается увеличение значений интегральных параметров степени межклеточных взаимодействий (Рис.109), которое приводит к достижению максимальных величин (97-100%) на 28-й неделе плодного периода развития человека и к концу 10-го месяца жизни кроликов, крыс и мышей.

Для оценки интенсивности условных элементарных актов, обусловливающих развитие интеграционного процесса в миокарде млекопитающих, была рассчитана скорость изменений интегральных параметров межклеточных взаимодействий, которая в применении к решаемой задаче является, на наш взгляд, адекватной обобщенной мерой межклеточной интеграции на этапах онтогенеза. В результате анализа полученных динамик выяснилось, что наивысшая скорость развития клеточкой интеграции наблюдается в раннем эмбриональном миокарде млекопитающих, однако к концу эмбриогенеза происходит заметное снижение скорости интеграционных процессов (Рис.110).

В раннем постэмбриональном периоде развития изученных объектов наблюдается новый этап активизации межклеточной интеграции сократительных и соединительнотканных клеток миокарда (Рис.110), после которого происходит резкая минимизация скорости изменений интегрального параметра межклеточных взаимодействий до уровня фоновых величин.

111 Гистогенетические компоненты межклеточных взаимоотношений

Таким образом, процесс клеточной интеграции в миокардиальном гистогенезе складывается из двух основных типов межклеточных взаимодействий - гомотопических (между кардиомиоцитами) и гетеротипических (сердечными миоцитами и клетками стромы миокарда). Развитие гомотипических взаимодействий, реализуемых на уровне специализированных контактных структур сократительных клеток, в значительной степени зависит от состояния миофибриллярного аппарата; дефинитивный уровень контактных взаимодействий достигается за счет увеличения численной плотности (нексусы, десмосомы), увеличения площади контактирующих мембран (нексусы, fasciae adhaerentes) и усложнения их геометрической конфигурации (fasciae adhaerentes) (Рис.111). Развитие гомотипических дистантных взаимодействий, реализуемых на уровне рецепторного аппарата поверхностных клеточных мембран, наиболее активно осуществляется в раннем постэмбриональном развитии млекопитающих.

 Закономерности развития гетеротипических межклеточных взаимодействий заключаются в нарастании относительного объема стромы миокарда, формировании стабильных объемных соотношений внеклеточных компонентов соединительной ткани, возрастании поверхностно-объемных соотношений сократительных и стромальных клеток, а также в усложнении микрососудистого компонента стромы. В эмбриональном кардиомиогенезе регуляция межклеточных взаимодействий в тканевых участках осуществляется благодаря различным количественным взаимоотношениям между кардиомиоцитами и клетками стромального аппарата. В постэмбриональном гистогенезе регуляция межклеточных реакций основана на градиенте поверхностной плотностей клеток стромального аппарата и относительного объема межклеточного пространства.

Поддержка
Реkлама: Красивое пальто женское купить .
 © 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