Учёба
Наука
История
Реkлама:
Лечение алкоголизма и вывод из запоя цены Домодедово в наркологической клинике ЛучМед.
|
Кардиогенез :: Структурная организация сердца в онтогенезе амфибий -…
![]() (Морфология развивающегося сердца (структура, ультраструктура, метаболизм). Днепропетровск, 1995)
Часть 2. Количественный структурно-функциональный анализ развития сердца позвоночных животных на этапах индивидуального развития2.1. Структурная организация сердца в онтогенезе амфибийс.75-92
С.Б.Крамарь, М.А.Машталир
![]() Рис. 2.1. Участки цитоплазмы соседних кардиомиоцитов в сердце Rana temporaria на 5-е сутки личиночного развития. Ув.: 8000. Традиционно сложилось, что для изучения кардиомиогенеза амфибий в качестве моделей были избраны следующие биологические объекты: лягушка (В.И.Волков, 1982; Huang, 1967; Bride, Gofflot, 1973), аксолотль (Gros, Schrevel, 1970). Начало выработки сократительных белков, отмечающее инициацию специфической дифферекцировки, в миобластах шпорцевой лягушки наблюдали на стадии хвостовой почки, что соответствует 2-м суткам личиночного развития (Bride, Gomot, 1973). На 3-й сутки (27-28 стадии) отдельные волокна миофибрилп располагаются у клеточной поверхности и не образуют правильных пучков. Немногочисленные митохондрии в этот период в цитоплазме характеризуются округлой формой, малым количеством крист, что свидетельствует об их низкой функциональной активности (В. И, Волков, 1982). ![]() Рис.2.2. Скопление миотохондрин в параиуклеарной зоне сократительного кардиомиоцита Rane temporariа на 5-е сутки личиночного развития. Ув.: 22000. После вылупления зародышей (стадия 30) в кардиомиоцитах лягушки наблюдаются активные процессы миофибриллогенеза: появляются миофибриллы, состоящие из 5-6 саркомеров, в которых дифференцируются диски А, I, Z, Отмечается прикрепление миофибрилп к сарколемме, что В.И.Волков (1982) трактует как субсарколеммальный синтез миофибрилп. Другие авторы связывают начало саркомерогенеза в миокарде амфибий с зачатками дисков Z (Bride, Gomot, 1973; Lemanski, 1973). К 5-м суткам (32 стадия) происходит нарастание удельного объема миофибрилл в 1,5 раза по сравнению с предыдущим периодом; удельный объем митохондрий несколько уменьшается (В.И.Волков, 1982). Немаловажную роль в энергетическом обеспечении миофибриллогенеза и сократительной активности миокарда на ранних этапах развития амфибий играют желтковые и липидные включения, количество которых постоянно уменьшается в ходе личиночного развития (Б, И. Волков, 1982). К этому времени в миокарде амфибий выявляются две популяции кардиомиоцитов, значительно отличающиеся структурной организацией - "темные" и "светлые". "Темные" миоциты характеризуются развитым сократительным аппаратом, большим количеством митохондрий, обилием гранул гликогена. "Светлые" кардиомиоциты имеют малодифференцированный, неориентированный мнофибриллярный аппарат, бедны митохондриями, отличаются низким содержанием гликогена и липидов в цитоплазме. Количество "светлых" клеток постоянно снижается в ходе онтогенеза, зрелый миокард формируют только "темные" миоциты (Б.И.Волков, 1982). ![]() Рис. 2. 3. Динамика плотности упаковки митохондрий в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. Дальнейшая дифференцировка сократительного аппарата выражается в увеличении объема миофибрилл, числа и протяженности зон слипания (В.И.Волков, 1982), постепенном утолщении миофибрилл, более правильной их ориентировке (HuanЈ, 1967). Созревание митохондрий сопровождается увеличением их размера, уплотнением матрикса, увеличением числа и протяженности крист. К 9-м суткам личиночного развития (35-36 стадия) удельный объем миофибрилл семикратно возрастает по сравнению с 3-ми сутками; удельный объем митохондрий нарастает незначительно; объем включений желтка и липидов значительно снижается; наблюдается увеличение количества гликогена (Б.И.Волков, 1982). В миокарде аксолотля процессы миофибриллогенеза и развития митохондриального аппарата протекают по сходной схеме, однако сопровождаются снижением количества гликогена (Gros, Schrevel, 1970). ![]() Рис.2.4. Динамика миофибриллярно-митохондриалыгого индекса в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. Изучение ультраструктуры делящихся кардиомиоцитов амфибий после повреждения выявило аналогичную онтогенезу последовательность процессов синтеза и формирования миофибрилл (П.П.Румянцев, И.А.Шманцарь, 1968). В кардиомиоцитах взрослых лягушек, по данным Б.И.Волкова (1982), наблюдается небольшой удельный объем миофибрилл и митохондрий по сравнению с этими же параметрами у птиц и млекопитающих. Carlsten с сотр. (1977) отмечают, что количественные характеристики развития миофибриллярного аппарата миокарда амфибий достигают уровня, наблюдаемого в зрелых кардиомиоцитах высших позвоночных. Berge (1979) описывает появление в саркомерах дисков N. Митохондрии в этот период имеют плотно упакованные кристы, причем литературные данные об их относительном объеме в цитоплазме высокодифференцированных сердечных миоцитов неоднозначны. При изучении развития миофибриллярного и митохондриального аппарата миокарда в ходе онтогенеза амфибий Vesela с соавт, (1985) установили, что динамика отношения объема миофибрилл к объему митохондрий незначительно нарастает. Это не соответствует данным Б.И.Волкова (1982), свидетельствующим о резком увеличении этого показателя с 3-х по 7-е сутки личиночного развития амфибий, когда значительное увеличение объема миофибрилл сопровождается гораздо менее выраженным изменением объема митохондрий. ![]() Рис. 2.5. Динамика абсолютной удельной площади миофибрилл в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. Анализ литературных источников по кардиомиогенезу у амфибий позволяет сделать заключение о неполноте исследований, касающихся количественных аспектов этого процесса. В изученных нами работах не применялся морфолого-математический анализ становления основных компонентов кардиомиоцита. Развитие миофибриллярного аппарата миокарда на поздних стадиях личиночного развития амфибий в изученной литературе освещено недостаточно. Данные о количественных характеристиках миофибрилл и митохондриального аппарата на этапах онтогенеза и в зрелом миокарде амфибий остаются противоречивыми. ![]() Рис. 2.6. Динамика абсолютной удельной площади митохондрий в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. В наших исследованиях, проведенных на Rana temporaria, к концу 3-их суток зародышевого развития (28 стадия) мы наблюдали сердечную трубку, состоящую из эндо- и миокарда, разделенных гомогенным веществом кардиогеля. В кардиомиоцитах уже начался синтез специфических белков, о чем свидетельствует наличие в цитоплазме коротких актиновых и миозиновых нитей, беспорядочно переплетающихся и иногда объединяющихся в пучки из 4-5 филаментов, локализующихся, в основном, около ядерной мембраны и сарколеммы, но не прикрепляющихся к ним. Относительный объем миофиламентов составляет не более 11 объема цитоплазмы, степень их ориентации в этот период -8, 43%, что указывает на отсутствие упорядоченности в расположении. Митохондрии характеризуются небольшими размерами, округлой формой, хаотичным расположением и имеют, как правило, не более 4 крист, незначительно выступающих в митохондриальный матрикс. Доля лилидных и желтковых включений в цитоплазме велика и составляет 24% и 18% объема цитоплазмы соответственно. Большая часть желточных зерен концентрируется около полирибосомадьных комплексов. ![]() Рис. 2.7. Динамика плотности упаковки миофибрилл в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. Значительную часть цитоплазмы занимают развитые активно функционирующие агранулярная эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи, обнаруживая бипотентность кардиомиоцитов на ранних этапах развития. Большая часть полирибосом локализуется в центральных зонах кардиомиоцита. К концу 4-х суток, после вылупления зародышей (30 стадия), в цитоплазме кардиомиоцитов нарастает активность миофибриллогенеза: вблизи сарколеммы появляются слабоконтрастные зачатки дисков Z, иногда с ней ассоциирующиеся, отходящие от ннх пучки смешанных миофиламентов располагаются ориентированно и образуют цепочки из 4-5 саркомеров. Диски Z также служат местом образования "полусаркомеров", состоящих из актиновнх нитей. Наряду с перечисленными вариантами формирования миофибрилл, частой находкой являются пучки миофиламентов, прикрепленные к зонам слипания зачаточных вставочных дисков, причем наращивание саркомеров происходит одновременно в двух смежных кардиомиоцитах. Такие миофибриллы имеют более дифференцированное строение, так как в них четко определяются диски A, I, Z. ![]() Рис. 2.8. Взаимодействие липидных включений с митохондриями в парануклеарной зоне сократительного желудочкового кардиомиоцита Rana teraporaria на 6-е сутки личиночного развития. Ув.: 45000. Стереометрический анализ показал возрастание относительного объема миофибрилл более, чем в 1,5 раза по сравнению с 3-ми сутками зародышевого развития; абсолютной удельной поверхности - в 2 раза; умеренное увеличение степени упорядоченности. Изменения стереологических параметров митохондриального аппарата слабо выражены, чему соответствует сохранение митохондриями малодифференцированного вида. В это время митохондрии отличаются низким содержанием и неразвитостью крист, прозрачностью матрикса. К 4-м суткам развития цитоплазма кардиомиоцитов постепенно обедняется каналами гладкого эндоплазматического ретикулума, дегенерирует комплекс Гольджи. Таким образом, наблюдаемая на предыдущем возрастном этапе бипотентность миоцитов уступила место однонаправленной гистогенетической дифференцировке. ![]() Рис. 2. 9. Динамика степени ориентации миофибрилл в сократительных кардиомноцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. На 5-е сутки личиночного развития в формирующемся сердце отчетливо выделяются предсердный и желудочковый отделы. Процесс врастания в кардиогель мышечных трабекул приводит к образованию значительно отличающихся по строению компактного, губчатого и трабекулярного слоев миокарда. Клетки внутреннего, прилежащего к эндокарду, трабекулярного слоя формируют различные по величине и протяженности мышечные трабекулы, между которыми определяются межтрабекулярные пространства. Между группами кардиомиоцитов среднего слоя миокарда определяются синусоиды, сообщающиеся с полостью сердца и между собой. Дивергентная дифференцировка миокарда начинается одновременно с появлением функционально активных и неактивных кардиомиоцитов и, по всей видимости, им обусловлена. Активные кардиомиоциты, отличающиеся высокоразвитым сократительным аппаратом, большим числом митохондрий, составляют более половины клеточной популяции трабекулярного миокарда, в то время как большинство миоцитов губчатого и компактного слоев бедны миофибриллами и митохондриями. ![]() Рис. 2. 10, ориентация миофибрилл в субеарколеммальной зоне сократительного желудочкового кардиомиоцита Rana temporaria на 7-е сутки личиночного развития. Ув.: 22000. Электронно-микроскопические исследования кардиомиоцитов трабекулярного слоя обнаруживают увеличение количества элементарных нитей, входящих в миофибриллы, локализующихся, в основном, в субсарколеммальной и околоядерной зонах, где на более ранних этапах происходит активный миофибрилло - и саркомерогенез. Материал дисков Z часто выходит за пределы миофибрилл, отличается неоднородностью и сливается с сарколеммой и боковыми вставочными дисками, что указывает на активный рост миофибрилл в толщину и усиление их сократительной активности за счет плотной фиксации к клеточной стенке. Центральные части кардиомиоцитов заполнены беспорядочно расположенными миофиламентами и сильно развитым рибосомальным аппаратом (Рис, 2, 1). ![]() Рис. 2. 11. Характер развития крист митохондрий в глубоких участках цитоплазмы сократительного желудочкового кардиомиоцита Rana temporaria на 7-е сутки личиночного развития. Ув.: 45000. Значительное возрастание относительного объема миофибрилл сопровождается появлением признаков дифференцировки митохондриального аппарата (Рис, 2, 2)! увеличиваются не только абсолютный объем митохондрий и объем, занимаемый ими в цитоплазме (Рис, 2,3), но и количество и длина крист, происходит уплотнение митохондриального матрикса. Тем не менее, индекс, отражающий объемные отношения миофибрилл и митохондрий, резко увеличивается, что наблюдается во всех слоях миокарда (Рис, 2, 4). В значительно меньшей степени возрастают абсолютные удельные площади поверхностей сократительного и митохондриального аппаратов кардиомиоцита (Рис, 2,5, 2,6). Обращает на себя внимание то обстоятельство, что разница в площади их контакта с цитоплазмой составляет гораздо меньшее значение по сравнению с пятикратной разницей в объемах. Этот факт, по нашему мнению, обнаруживает различие в скорости обменных процессов, происходящих на поверхности миофибрилл и митохондрий, которая в последних более высока. Сдвиги в количественных характеристиках компактного миокарда менее выражены и сохраняют направленность, наблюдаемую в функционально ведущем слое. Значения стереологических параметров губчатого слоя несущественно превышают таковые компактного (Рис, 2, 7). ![]() Рис. 2. 12. Динамика плотности упаковки гранул гликогена в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. В это время в цитоплазме кардиомиоцитов впервые появляются диффузно расположенные гранулы гликогена, доля которого в метаболизме миокарда невелика, тогда как доказательством активной роли липидов в его энергетическом обеспечении служат находки контакта жировых капель с митохондриями (Рис, 2, 8). Стереометрический анализ показал значительный расход пластического и энергетического материалов, особенно выраженный в трабекулярном слое. На 7-е сутки личиночного развития в становлении миофибриллярного аппарата сохраняются тенденции, наметившиеся на более ранних стадиях: увеличение объема миофибрилл сопровождается усилением правильной ориентации, уменьшением количества неорганизованных миофиламентов (Рис, 2, 9, 2,10). Изменения со стороны митохондриального аппарата характеризуются увеличением числа крист и абсолютной удельной площади поверхности, уплотнением митохондриального матрикса (Рис,2,11). Значение миофибриллярно-митохондриального индекса достигает максимума во всех слоях миокарда. ![]() Рис. 2. 13. Сосредоточение гранул гликогена около межмиофибриллярных митохондрий в субсарколеммальной зоне сократительного желудочкового кардиомиоцита Rana temporaria на 4-й неделе личиночного развития. Ув.: 40000. Возрастающей роли гликолитических процессов в энергообеспечении миокарда соответствует увеличение количества гликогена в цитоплазме миоцитов (Рис, 2,12). В течение 1-го месяца личиночного развития скорость увеличения миофибриллярной массы трабекулярного миокарда значительно замедляется, а степень дифференцировки миофибриллярного аппарата компактного миокарда к 20-м суткам, соответствуя лишь семисуточному уровню развития губчатого слоя, к началу 2-го месяца практически сравнивается с ним (Рис,2,13). Степень структурно-функциональной зрелости губчатого слоя занимает промежуточное положение между уровнями дифференцировки трабекулярного и компактного слоев. В течение первого месяца наблюдается постепенное истончение губчатого слоя за счет нарастания объема компактного слоя; таким образом, к началу 2-го месяца личиночного периода в миокарде лягушки губчатый слой не определяется. Развивающийся сократительный аппарат характеризуется резким усилением ориентированности миофибрилл до 20-х суток развития и умеренным увеличением ее в дальнейшем, уменьшением количества свободных миофиламентов, постепенным заполнением миофибриллами центральных частей кардиомиоцитов. Возрастание абсолютной удельной площади поверхности миофибриллярного аппарата происходит более медленными темпами, чем наблюдалось в зародышевом периоде и первые дни после вылупления. ![]() Рис.2.14. Динамика степени ориентации крист митохондрий в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. Со 2-й по 4-ю неделю личиночного периода происходит активное увеличение относительного объема митохондрий, их абсолютной удельной площади поверхности, количества крист, их удлинение и усиление степени ориентации (Рис. 2.14, 2.15). Прогрессирующая дифференцировка миофибриллярного аппарата, наблюдаемая в течение первой недели развития, сменяется преимущественным развитием митохондриального, что отражается на величине миофибридлярно-митохондриального индекса, уменьшающейся вдвое к концу 1-го месяца личиночного развития. Постепенно изменяется баланс энергетических ресурсов: одновременно со снижением плотности упаковки липидных включений (Рис. 2.16), особенно выраженным с 20-х по 30-е сутки, увеличиваются запасы гликогена, а желточный материал к концу 1-го месяца уже не обнаруживается (Рис, 2,17). Следует отметить, что накопление гликогена более интенсивно происходит в компактном слое, наименьшая активность этого процесса наблюдается в трабекулярном миокарде. ![]() Рис, 2. 15. Динамика среднего количества крист митохондрий в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. Динамики большинства стереологических параметров, отражающих развитие сократительного и митохондриального аппаратов миокарда как трабекуляркого, так и компактного слоев с 30-х по 70-е сутки, характеризуются медленными равномерными и однонаправленными изменениями. Обращает на себя внимание дальнейшее усиление степени ориентации митохондриальных крист, наиболее активно происходящее до 50-х суток жизни. Величина миофибриллярно-митохондриального индекса изменяется мало, отражая пропорциональное увеличение плотности упаковки сократительного и митохондриального аппаратов. В течение 2-го месяца развития наблюдается постепенное увеличение разницы между абсолютными удельными площадями поверхности миофибрилл и митохондрий, достигшей максимума к 70-м суткам. ![]() Рис. 2. 16. Динамика плотности упаковки включений липидов в сократительных кардиомиоцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. Относительный объем гликогена значительно возрастает, что особенно выражено с 30-х по 50-е сутки. Количество липидных включений уменьшается более медленными темпами, чем в 1-й месяц жизни. К концу метаморфоза (70-е сутки) миофибриллы со строгой ориентацией занимают большую часть цитоплазмы и прослеживаются на всем протяжении кардиомноцита (Рис, 2,18). В саркомерах определяются диски А, I, Z, Я и слабо выраженные диски М. Материал дисков Z остается неоднородным, иногда прерывается. ![]() Рис. 2. 17. Динамика плотности упаковки желточных включений в сократительных кардиомноцитах желудочков Rana temporaria в онтогенезе. Митохондрии тесно контактируют с миофибриллами и отличаются развитыми кристами, занимающими, однако, не весь объем органеллы. Массивные скопления гликогена локализуются в свободных от митохондрий участках цитоплазмы, что отражает разобщение ана- и аэробного циклов метаболизма. Количество жировых включений уменьшается, сохраняется их расположение вблизи митохондрий. ![]() Рис. 2. 18. Участок субсарколеммальной зоны сократительного желудочкового кардиомиоцита Rana teraporaria к концу метаморфоза (70-е сутки личиночного развития). Ув.: 20000. Морфологическая картина миокарда в зрелом возрасте, так же как и стереометрическая его характеристика, мало изменяются по сравнению с наблюдаемыми нами в конце метаморфоза. Различия в строении миофибриллярного и митохондриального аппаратов в трабекулярном и компактном миокарда минимальны, но они сохраняются для большинства изученных параметров. Метаболизм гликогена достигает своего пика, что не противоречит, тем не менее, максимальному развитию и высокой функциональной активности митохондрий. Этого требуют условия жизнедеятельности амфибий: во время пребывания на воздухе в кардиомиоцитах преобладает аэробный тип обмена, интенсивность которого снижается при погружении в воду, а адекватное энергообеспечение осуществляется за счет распада гликогена. Таким образом, использование комплекса стереологических исследований позволяет проследить состояние основных структурно-функциональных аппаратов миокарда лягушки в онтогенезе и определить периоды их активной дифференцировки.
Морфология развивающегося сердца (структура, ультраструктура, метаболизм). Днепропетровск, 1995.- 220 с.
- Предисловие - Часть 1. Общие закономерности развития структурной организации сердца человека: - - 1.1. Морфология предсердий в онтогенезе человека; - - 1.2. Морфология желудочков в онтогенезе человека. - Часть 2. Количественный структурно-функциональный анализ развития сердца позвоночных животных на этапах индивидуального развития: - - 2.1. Структурная организация сердца в онтогенезе амфибий; - - 2.2. Структурная организация сердца в онтогенезе птиц; - - 2.3. Структурная организация сердца в онтогенезе млекопитающих. - Часть 3. Пути преобразования энергии в развивающихся кардиомиоцитах: - - 3.1. Энергообмен миокарда в онтогенезе амфибии; - - 3.2. Энергообмен миокарда в онтогенезе птиц; - - 3.3. Энергообмен миокарда в онтогенезе млекопитающих. - Часть 4. Сопоставительный и математический анализ структурно-функциональных характеристик развивающегося миокарда: - - 4.1. Онтогенетический аспект развития сократительного аппарата сердца; - - 4.2. Филогенетический аспект развития сократительного аппарата сердца. - Заключение. |
Поддержка
|
![]() |