Ультраструктурні прояви протекторного впливу на міокард бурштинової кислоти, оксибутирату натрію і кверцетину за умов експериментального моделювання серцевої недостатності

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тернопільський національний медичний університет

імені І.Я. Горбачевського МОЗ України

Ультраструктурні прояви протекторного впливу на міокард бурштинової кислоти, оксибутирату натрію і кверцетину за умов експериментального моделювання серцевої недостатності

К.О. Герасимюк, В.В. Гнатів, О.О. Левенець

РЕЗЮМЕ

Мета - встановити ультраструктурні ознаки протекторного впливу бурштинової кислоти, оксибутирату натрію і кверцетину при моделюванні адреналінової дистрофії міокарда.

Матеріал і методи. Експерименти проведено на білих лабораторних безпородних молодих щурах. Моделювання пошкодження міокарда з розвитком ознак серцево-судинної недостатності здійснювали за відомою методикою О. О. Маркової. Корекцію порушень проводили шляхом застосування бурштинової кислоти, оксибутирату натрію і кверцетину.

Результати. При моделюванні адреналінової міокардіодистрофії вже через 2 години від початку експерименту відмічалися досить чіткі ознаки порушення як гемомікроциркуляції, так і трофіки кардіоміоцитів. Через 24 години на перший план виступали вже виражені зміни деструктивного характеру в елементах паренхіми міокарда, які розвивалися на тлі відчутних гемодинамічних розладів у гемомікроциркуляторному руслі.

Застосування з коригувальною метою бурштинової кислоти, оксибутирату натрію та кверцетину на тлі моделювання адреналінової міокардіодистрофії запобігає розвитку структурних пошкоджень міокарда вже у перші дві години і значно нівелює їх розвиток протягом наступної доби. Причому позитивний ефект спостерігався як у гемомікроциркуляторному руслі, так і в морфофункціональному стані самих кардіоміоцитів.

Висновки. Кардіотоксична доза адреналіну спричиняє зміни дистрофічного характеру в кардіоміоцитах, у розвитку яких важливу роль відіграють розлади коронарного кровообігу і які прогресивно наростають від 2 до 24 годин спостереження після введення препарату. Кожен із застосованих середників: бурштинова кислота, оксибутират натрію і кверцетин - мають кардіопротекторний ефект за рахунок позитивного регулювального впливу на коронарний кровообіг і відповідного зниження ступеня гіпоксії міокарда. Більш виражені ангіопротекторні властивості відмічено у кверцетину, порівняно з бурштиновою кислотою і оксибутиратом натрію.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: міокардіодистрофія; корекція; кверцетин; бурштинова кислота; оксибутират натрію.

ULTRASTRUCTURAL MANIFESTATIONS OF THE PROTECTIVE EFFECT OF SUCCINIC ACID, SODIUM OXYBUTYRATE AND QUERCETIN ON THE MYOCARDIUM UNDER THE CONDITIONS OF EXPERIMENTAL MODELING OF HEART FAILURE

K.O. Herasymiuk, V.V. Hnativ, O.O. Levenets

SUMMARY

The aim - to establish ultrastructural features of the protective effect of succinic acid, sodium oxybutyrate and quercetin in the simulation of myocardial dystrophy.

Material and Methods. Experiments were carried out on white laboratory inbred young rats. Modeling of myocardial damage with the development of signs of cardiovascular failure was carried out according to a known method of O. O. Markova. Correction of violations was carried out by using succinic acid, sodium oxybutyrate and quercetin.

Results. When simulating adrenaline-induced myocardiodystrophy, quite clear signs of disruption of both hemomicrocirculation and cardiomyocyte trophicity were noted already after 2 hours from the onset of the experiment. After 24 hours, expressed destructive changes in the elements of the parenchyma, which developed on the background of noticeable hemodynamic disorders in the hemomicrocirculatory channel, already came to the fore.

Conclusions. A cardiotoxic dose of adrenaline causes dystrophic changes in cardiomyocytes, in the development of which disorders of coronary circulation play an important role and which progressively increase from 2 to 24 hours of observation after the introduction of the drug. Each of the agents used: succinic acid, sodium oxybutyrate, and quercetin has a cardioprotective effect due to a positive regulatory effect on coronary blood circulation and a corresponding reduction in the degree of myocardial hypoxia. Quercetin has more expressed angioprotective properties compared to succinic acid and sodium oxybutyrate.

KEY WORDS: myocardial dystrophy; correction; quercetin; succinic acid; sodium oxybutyrate.

ВСТУП

Патологія серцево-судинної системи на сьогоднішній день належить до однієї з основних причин смертності та інвалідизації населення у більшості країн світу. Тому, за визначенням ВООЗ, захворювання серцево-судинної системи характеризуються як одна із визначальних проблем сучасної медицини.

В Європі серцево-судинна патологія зумовлює близько 40 % усіх випадків смерті осіб віком молодших за 75 років, з яких раптова серцева смерть реєструється у понад 60 % випадків [1]. За прогнозами ВООЗ, до 2030 р. летальність від цих захворювань зросте до 23-25 млн і більше та вони займуть чільне місце серед причин смерті, випередивши онкологічні захворювання і травми. При цьому Україна посідає одне з перших місць в Європі якраз за показниками смертності від захворювань серцево-судинної системи (459,48 на 100 000 населення). З цієї причини в Україні щороку через захворювання серцево-судинної системи помирає близько 500 000 громадян [2].

Тому дослідження останніх років якраз і спрямовані на пошуки ефективних засобів запобігання розвитку необоротних некробіотичних процесів у міокарді, в тому числі й для підвищення ефективності анестезіологічного забезпечення при кардіохірургічних операціях [3, 4].

Однак більшість сучасних наукових досліджень, що присвячені вивченню впливу засобів корекції на серце при його патології, мають функціональний характер. При цьому кількість робіт із морфологічними дослідженнями їх ефективності, зокрема, за кількісними характеристиками, які дають об'єктивне підтвердження структурних змін, що відбуваються в міокарді, залишається недостатньою [5].

Мета - встановити ультраструктурні ознаки протекторного впливу бурштинової кислоти, оксибутирату натрію і кверцетину при моделюванні дистрофії міокарда.

МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ

Експерименти проведено на 27 білих лабораторних безпородних молодих щурах з масою тіла 180-250 г.

Моделювання пошкодження міокарда з розвитком ознак серцево-судинної недостатності здійснювали за відомою методикою Маркової О. О. [6]. Корекцію порушень здійснювали шляхом застосування бурштинової кислоти (з розрахунку 15 мг/кг), оксибутирату натрію (з розрахунку 100 мг/кг) і кверцетину (з розрахунку 1,33 мл/кг). Усі препарати вводили внутрішньошлунково через 15 хв від початку моделювання патологічного процесу. Морфологічні дослідження проводили через 2 і 24 години після введення коригувальних середників, що відповідає початку та піку дистрофічних уражень міокарда [7].

Забір матеріалу з лівого шлуночка серця щурів для електронно-мікроскопічного дослідження здійснювали згідно із загальноприйнятими правилами. Матеріал фіксували у 2,5 % розчині глютаральдегіду з активною реакцією середовища рН 7,3-7,4, приготовленому на фосфатному буфері Міллоніга. Через 50-60 хвилин фіксований матеріал переносили у буферний розчин і промивали протягом 20-30 хвилин. Постфіксацію здійснювали 1 % розчином чотириокису осмію на буфері Міллоніга протягом 60 хвилин, після чого піддавали його дегідратації в спиртах наростаючої концентрації, ацетоні та заливали в суміш епоксидних смол [8].

Ультратонкі зрізи приготовляли на ультрамі- кротомі LKB-3, забарвлювали 1 % водним розчином уранілацетату, контрастували цитратом свинцю за методом Рейнольдса [8] та вивчали в електронному мікроскопі ПЕМ-125 К.

Усі експериментальні дослідження проводили з дотриманням основних положень Ухвали Першого національного конгресу з біоетики «Загальні етичні принципи експериментів на тваринах», Конвенції Ради Європи про охорону хребетних тварин, яких використовують в експериментах та інших наукових цілях, та Гельсинської Декларації.

РЕЗУЛЬТАТИ Й ОБГОВОРЕННЯ

При електронно-мікроскопічному дослідженні міокарда шлуночків інтактних тварин було встановлено типову структуру кардіоміоцитів і складових гемомікроциркуляторного русла. Серцевий м'яз представлений посмугованими міоцитами прямокутної форми. Вздовж клітин розташовані в паралельному порядку численні міофібрили. Чітко візуалізуються Z-лінії, які поділяють міофібрили на саркомери. Привертає увагу значна кількість мітохондрій, ланцюжками розміщених вздовж міофібрил і між ними. Мітохондрії округлої і помірно овальної форми з чітко контурованою мембраною і кристами.

Видовженої форми ядра кардіоміоцитів займають, зазвичай, положення, наближене до центрального. Каріолема утворює окремі неглибокі інвагінації Контакти між кардіоміоцитами здійснюються завдяки вставним дискам.

Гемомікроциркуляторне русло представлене капілярами соматичного типу. До складу їх стінки входять ендотеліоцити, розташовані на базальній мембрані. Більша частина стінки гемокапілярів утворена стоншеною і видовженою периферичною частиною цитоплазми, оточеної цитолемою. Ядра ендотеліоцитів переважно видовжено- овальної форми з невеликими інвагінаціями карі- олеми і дифузно заповнені хроматином. Більшість клітинних органел розташована в біляядерній зоні. У просвіті окремих капілярів трапляються поодинокі еритроцити, які надають просвіту округлої форми. Просвіт капілярів, у яких відсутні еритроцити, переважно видовжений аж до щілиноподібного (рис. 1).

Рис. 1. Електронограма міокарда лівого шлуночка інтактного щура. х 9000.

Еритроцит у просвіті капіляра - 1; просвіт капіляра - 2; саркомери і мітохондрії - 3.

При моделюванні адреналінової міокардіо- дистрофії вже через 2 години від початку експерименту відмічалися досить чіткі ознаки порушення як гемомікроциркуляції, так і трофіки кар- діоміоцитів. Реологічні зміни у гемокапілярах проявлялися їх повнокров'ям з відповідним розширенням просвіту мікросудин. Іноді можна було спостерігати стази із формуванням еритроцитами «монетних стовпчиків» (рис. 2). Ядра ендотелі- оцитів виглядали набряклими, збільшеними в розмірах. Цитоплазма зменшувала свою електронну щільність. Дещо посилювався мікропіно- цитоз. Водночас відмічався периваскулярний набряк із розширенням перикапілярних просторів.

Спостерігалися зміни кардіоміоцитів дегенеративного характеру: поряд із скороченими і ущільненими міофібрилами виявляли фрагмен- товані міофібрили із збільшенням проміжків між ними. Вздовж міофібрил саркомери могли мати різну ширину і форму: від прямокутних до округлих і веретеноподібних. Частина мітохондрій втрачала свої кристи. На їх місці утворювалися різної величини вакуолі.

Каріолема виглядала розгладженою і не утворювала інвагінацій. Перинуклеарні простори були розширеними, каріоплазма - просвітленою.

Рис. 2. Електронограма міокарда лівого шлуночка щура через 2 години після введення токсичної дози адреналіну. х 9000.

Повнокров'я з розширенням просвіту капіляра, стаз еритроцитів з формуванням «монетних стовпчиків» - 1; деструкттив- ні зміни в мітохондріях з набряком строми і розширенням міжфібрилярних просторів - 2.

Зменшена кількість гетерохроматину у вигляді окремих грудочок займала переважно периферичне положення (рис. 3).

Рис. 3. Електронограма міокарда лівого шлуночка щура через 2 години після введення токсичної дози адреналіну. х 9000. Ядро кардіоміоцита із просвітленою каріоплазмою і розширеним перинуклеарним простором - 1; деструкттивні зміни в мітохондріях з набряком строми - 2.

Через 24 години від початку моделювання досліджуваної патології на перший план виступали виражені зміни деструктивного характеру в елементах паренхіми, які розвивалися на тлі виражених гемодинамічних розладів у мікроциркулятор- ному руслі. Кровоносні капіляри повсюдно були повнокровними. Для скупчень еритроцитів було характерним злипання їх конгломератів із формуванням «сладж-феномену». Ендотеліоцити виглядали набряклими з просвітленою цитоплазмою. У них зменшувалася кількість органел. Збільшені у розмірах ядра таких клітин іноді повністю перекривали просвіт мікросудин (рис. 4). Місцями траплялися вихід формених елементів за межі кровоносного русла, а також поліморфноклітинна інфільтрація набряклої строми, за рахунок чого збільшувалася відстань між кардіоміоцитами.

Рис. 4. Електронограма міокарда лівого шлуночка щура через 24 години після введення токсичної дози адреналіну. х 9000.

Просвіт капіляра - 1; набухання і збільшення розмірів ядра ен- дотеліоцита з перкриттям просвіту капіляра - 2; деструкттивні зміни в мітохондріях з фрагментацією міофібрил і гомогенізацією паренхіми - 3.

протекторний бурштинова кислота міокард

Ядра самих кардіоміоцитів нерідко виглядали пікнотичними з нервіними контурами каріолеми і маргінацією грудок хроматину. Ядерця набували розпливчастих контурів.

Щодо скоротливого апарату кардіоміоцитів, то значна кількість міофібрил виглядала фрагментованими. Поряд з цим виявлялися місця з контрактурами цих структур. За рахунок деструкції крист мітохондрій відбувалася їх вакуоляризація. Значна частина таких органел перетворювалася на вакуолі, що надавало загальній картині мозаїчного вигляду. Порушувалася структура лізосом, саркоплазматичного ретикулуму, деструктивні зміни спостерігалися і в десмосомах (рис. 5).

Застосування з коригувальною метою бурштинової кислоти, оксибутирату натрію та кверцетину на тлі моделювання адреналінової міокардіодистрофії запобігає розвитку структурних пошкоджень міокарда вже у перші 2 години і значно нівелює їх розвиток упродовж наступної доби. Причому позитивний ефект спостерігався як у гемомікроциркуляторному руслі, так і в морфофункціональному стані самих кардіоміоцитів.

Рис. 5. Електронограма міокарда лівого шлуночка щура через 24 години після введення токсичної дози адреналіну. х 9000.

Ядро кардіоміоцита - 1; деструкція мітохондрій - 2; фрагментація міофібрил - 3.

Так, через 2 години після введення коригувальних середників просвіт капілярів відповідав за своїми розмірами діаметру еритроцитів, які досить інтимно прилягали до цитолеми ендотеліо- цитів. У цитоплазмі самих ендотеліоцитів збільшувалася кількість органел, зокрема мітохондрій. У просвіті капілярів виявлялася різна кількість еритроцитів. Дещо більшим кровонаповненням характеризувалися капіляри у випадках застосування кверцетину, порівняно із застосуванням бурштинової кислоти чи оксибутирату нратрію (рис. 6).

Рис. 6. Електронограма міокарда лівого шлуночка щура через 2 години після введення токсичної дози адреналіну з корекцією кверцетином. х 9000.

Еритроцити - 1; стінки капілярів - 2; мітохондрії ендотеліоци- та - 3; мітохондрії і міофібрили кардіоміоцита - 4.

Щодо самих кардіоміоцитів, то вони у всіх випадках зберігали свою ультраструктуру. Майже не траплялися перескорочені міофібрили. Поряд із мітохондріями великих розмірів виявлялися органели малих розмірів з електроннощільним матриксом, що може бути свідченням їх новоутворення. Z-лінії були чіткими, суцільно простягалися на усю ширину міофібрил. Вставні диски не були порушеними. Ядра кардіоміоцитів були дещо збільшеними у розмірах, їх каріолема не утворювала інвагінацій та інших нерівностей. Грудочки гетерохроматину займали як центарльне, так і периферичне положення (рис. 7).

Водночас слід зазначити, що у тварин, для яких корекція здійснювалася оксибутиратом натрію, на відміну від тварин з корекцією кверцетином і бурштиновою кислотою, було характерним зменшення електронної щільності каріоплазми, а також наявність у окремих місцях мітохондрій із зруйнованими кристами, що може свідчити про дещо нижчу ефективність даного препарату (рис. 7).

Рис. 7. Електронограма міокарда лівого шлуночка щура через 2 години після введення токсичної дози адреналіну з корекцією бурштиновою кислотою. х 9000. Ядро кардіоміоцита - 1; міофібрили - 2; мітохондрії - 3.

При 24-годинній експозиції поєднаного застосування коригувальних медикаментозних середників на тлі моделювання адреналінової міо- кардіодистрофії ультраструктурні зміни в міокарді і його гемомікроциркуляторному руслі можна було кількісно і якісно характеризувати як проміжні між тими, що були зареєстровані у коригованих тварин через 2 години від початку застосування, і у тварин через 24 години від початку моделювання адреналінової міокардіодистрофії без медикаментозної корекції. Разом з тим, при однотипності змін, які виникали в результаті застосування як кверцетину, так і бурштинової кислоти та оксибутирату натрію, у кожному із випадків відмічалися певні особливості.

Так, при застосуванні кверцетину найкращий морфофункціональний ефект стосувався у першу чергу гемокапілярів. їх просвіт був помірно розширений. Ядра ендотеліоцитів набували видовжено- овальної форми. Периферичні відділи цитоплазми були стоншеними. В міокарді спостерігалися лише окремі вогнища деструкції мітохондрій із руйнуванням їх крист, а також невеликі ділянки фрагментації міофібрил. При цьому у більшості випадків зберігалася цілісність Z-ліній і вставних дисків.

При застосуванні бурштинової кислоти ефект також був досить позитивним, хоча при цьому на тлі деякого розширення просвіту капілярів спостерігалися дещо більш виражені деструктивні процеси у міокарді, які характеризувалися локальними змінами мітохондрій із деструкцією крист, що нерідко супроводжувалося утворенням на їх місці вакуолів. Досить часто можна було спостерігати міофібрили у стані скорочення (рис. 8).

Рис. 8. Електронограма міокарда лівого шлуночка щура через 24 години після введення токсичної дози адреналіну з корекцією бурштиновою кислотою. х 9000. Периферійні частини цитоплазми ендотеліоцитів - 1, просвіт капіляра - 2, звужені за рахунок скорочення міофібрили - 3, мітохондрії з частковою деструкцією крист - 4.

Разом з тим слід ще раз підкреслити, що ці зміни були помітно менш вираженими, ніж у тварин у 24-годинний термін із модельованою патологією без медикаментозної корекції.

Щодо застосування оксибутирату натрію, то тут місцями привертали увагу, порівняно з іншими засобами корекції, розлади гемомікроциркуляції у вигляді капіляростазів, а іноді навіть вихід окремих еритроцитів за межі кровоносного русла у розширені за рахунок набряку перикапілярні простори. При цьому значна кількість міофібрил перебувала у стані підвищеного тонусу. У міжфібрилярних просторах спостерігалися скупчення мітохондрій із електроннощільним матриксом, які тісно прилягали одна до другої.

Отримані нами дані цілком зіставні з результатами експериментальних досліджень інших науковців. Зокрема, вивчення ультраструктури мітохондріального апарату кардіоміоцитів лівого шлуночка серця щурів після дії електромагнітного опромінення за умов гіпотиреозу дозволило встановити, що дистрофічно-деструктивні процеси при цьому виникають насамперед у мітохондріях [9].

Подібні результати були також отримані при вивченні змін кардіоміоцитів щурів на ранніх термінах хронічної опіоїдної інтоксикації. При цьому було також встановлено, що передусім деструктивні зміни виникають саме у мітохондріях з пригніченням їх функціональної активності. Причому найбільшого ушкодження зазнають міжфібрилярні органели. У подальшому виникають різного ступеня зміни у скоротливому апараті кардіоміоцитів: від перенапруження міофібрил до їх дистрофії і фрагментації [10].

Протекторну дію кверцетину та інших біофлавоноїдів при дистрофічних змінах у міокарді також відмічено у ряді робіт [11-15]. Кверцитин покращує гемодинамічні параметри, зменшує ступінь фібро- тичних змін у міокарді. Його позитивними ефектами є обмеження зони некрозу міокарда, запобігання його реперфузійному ураженню, а також антиаритмічна, антиішемічна, антитромботична дії [16].

Щодо бурштинової кислоти, то вважається, що сукцинатвмісні (сукцинати - солі бурштинової кислоти) препарати можуть позитивно впливати на метаболічний ацидоз, збільшувати споживання кисню та активувати анаеробне окиснення. Основу їх антигіпоксантних властивостей складає здатність сукцинатів відновлювати внутрішньоклітинний анаеробний метаболізм. Тобто, вони мають антигіпоксичну та антиоксидантну дію [17, 18].

Натрію оксибутират має елементи ноотропної активності та седативну, снодійну, наркотичну, центральну міорелаксувальну дію, посилює болезаспокійливу активність наркотичних та ненаркотичних анальгетиків, збільшує стійкість організму, у тому числі головного мозку, серця, сітківки ока до гіпоксії, що активізує окислювальні процеси [19].

Саме такі властивості вказаних медикаментозних середників спонукали нас до вивчення їх ефективності в експерименті.

ВИСНОВКИ

1. Кардіотоксична доза адреналіну спричиняє в кардіоміоцитах зміни дистрофічного характеру, у розвитку яких важливу роль відіграють розлади коронарного кровообігу і які прогресивно наростають від 2 до 24 годин спостереження після введення препарату.

2. Кожен із застосованих середників: бурштинова кислота, оксибутират натрію і кверцетин - мають кардіопротекторний ефект за рахунок позитивного регулювального впливу на коронарний кровообіг і відповідного зниження ступеня гіпоксії міокарда.

3. Більш виражені ангіопротекторні властивості відмічено у кверцетину, порівняно з бурштиновою кислотою і оксибутиратом натрію.

Перспективи подальших досліджень. Отримані результати свідчать про доцільність подальшого вивчення кардіопротекторного впливу бурштинової кислоти, оксибутирату натрію і кверцетину в плані застосування їх як компонентів передопераційної підготовки у кардіохірургічних хворих.

ЛІТЕРАТУРА