МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ`Я УКРАЇНИ
ДНІПРОПЕТРОВСЬКА ДЕРЖАВНА МЕДИЧНА АКАДЕМІЯ
Погорєлова Оксана Сергіївна
УДК [611.12:612.174:577.118] - 05
МОРФОФУНКЦІОНАЛЬНІ ЗМІНИ МІОКАРДА В УМОВАХ ТЕХНОГЕННИХ МІКРОЕЛЕМЕНТОЗІВ У ВІКОВОМУ АСПЕКТІ
(анатомо-експериментальне дослідження)
14.03.01 – нормальна анатомія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата медичних наук
Дніпропетровськ – 2008
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Сумському державному університетіМОН України.
Науковий керівник :
доктор медичних наук, професорСікора Віталій Зіновійович , Сумськийдержавний університетМОН України, завідувач кафедри анатомії людини.
Офіційні опоненти:
доктор медичних наук,професорМішалов Володимир Дем’янович , Національна медична академія післядипломної освіти імені П.Л.Шупіка МОЗ України, завідувач кафедри судової медицини;
доктор медичних наук, професор Герасимюк Ілля Євгенович , Тернопільський державний медичний університет імені І.Я. Горбачевського МОЗ України, завідувач кафедри анатомії людини.
Захист дисертації відбудеться “18” вересня 2008 року о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.601.03 в Дніпропетровській державній медичній академії МОЗ України (49005, м. Дніпропетровськ, вул. Севастопольська, 17).
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Дніпропетровської державної медичної академії (49044, м. Дніпропетровськ, вул. Дзержинського, 9).
Автореферат розісланий “30” липня 2008 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради К 08.601.03
доктор медичних наук,доцент МашталірМ.А.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Результати більшості наукових досліджень свідчать про те, що захворювання серцево-судинної системи залишаються основною проблемою в діяльності медичних та соціальних установ у країнах з розвиненою промисловістю у зв'язку з високою інвалідизацією та смертністю внаслідок даної патології (Волошин М.А. та співавт., 2007). Тривожним є факт наявної тенденції збільшення захворювань системи кровообігу як в Україні у цілому, так і практично в усіх її регіонах (Корнацький В.М., 2000). Відомо, що серед причин, які визначають рівень захворюваності, стан довкілля займає приблизно 20 %, а якщо говорити про теперішню екологічну напруженість, а саме сукупність екологічних та професійно-виробничих факторів у поєднанні зі стресовими, нервово-психічними перевантаженнями, то, за даними ВООЗ, похідною від усього цього є більша частина хвороб (до 70-80 %). Найбільш поширена серцево-судинна патологія у розвинутих країнах із високим ступенем урбанізації та значним рівнем забруднення навколишнього середовища різними хімічними сполуками техногенного походження. Від серцево-судинних захворювань найчастіше потерпають жителі промислових мегаполісів (Чепелевська Л.А., 1999). Відомо, що в різних сферах народного господарства сьогодні широко застосовується понад 70 елементів періодичної системи, з яких 43 - важкі метали.Причому в деяких регіонах виникають асоціації елементів, що не є природними, а характерні для техногенних аномалій.
Важкі метали при надходженні в організм можуть викликати ряд метаболічних порушень, переважно окисно-відновних процесів. Утворення біокомплексів металів з різноманітними компонентами клітини може призвести до руйнування мембран шляхом активації процесів пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ), а також пригнічення активності різноманітних ферментів.
Зростання кількості випадків інтоксикації, пов'язаних із проживанням на техногенно забруднених територіях, відкриває перед медичною наукою новий пріоритетний напрямок - вивчення екологічно обумовлених захворювань (Гнатейко О.З., Лук'яненко Н.С., 2007). При співставленні росту захворювань серцево-судинної системи та ступеня забруднення навколишнього середовища хімічними речовинами, а саме важкими металами, постає необхідність вивчення морфології серця за умов впливу ксенобіотиків.
В останні роки вченими активно вивчаються зміни серцево-судинної системи за умов дії факторів хімічної природи, в тому числі важких металів (Зербіно Д. Д., Соломенчук Т. М., 2002; Медведик Л. О., Соломенчук Т. М., 2005; Трахтенберг І. М., Луговськой С. П., 2005; Гнатюк М. С., Ковальчук М. Ф., 2006; Мішалов В. Д., Дунаєв О. В., 2008) та з урахуванням вікових особливостей реакції міокарда (Семенов А. В., Семенова О. А., 1997; Малик О. Р., Зербіно Д. Д., 2005). Але залишаються невивченими зміни на всіх рівнях структурної організації за умов дії деяких комбінацій важких металів, кумуляція екзогенних елементів в тканинах серця, залишаються не розкритими зміни в різні періоди експерименту. Також у літературі висвітлюються тільки окремі аспекти вікових особливостей структурних змін серця за умов мікроелементозів.
Отже, виявлення екопатології на ранніх, доклінічних етапах формування патології різних органів, а також визначення індивідуальної, вікової чутливості та схильності організму до дії ксенобіотиків є важливим медико-соціальним завданням.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно плану наукових досліджень Сумського державного університету і є складовою частиною науково-дослідної теми кафедри анатомії людини Сумського державного університету "Морфофункціональні особливості перебудови скелета та внутрішніх органів в умовах порушеного гомеостазу" номер державної реєстрації 0107U001287. Тема дисертації затверджена вченою радою Сумського державного університету МОН України (протокол № 7 від 2 лютого 2006р.).
Мета і завдання дослідження. Метою дослідження було визначення на макро- та мікроструктурному рівнях закономірностей перебудови міокарда і змін хімічного складу серця за умов дії деяких комбінацій солей важких металів у підгострому експерименті у тварин різних вікових груп та визначення можливості корекції виявлених змін препаратом "Тіотриазолін".
Для досягнення поставленої мети були визначені такі завдання:
1. Визначити масометричні, планіметричні, гістоморфометричні параметри серця інтактних щурів залежно від віку для проведення коректного порівняльного аналізу.
2. Визначити особливості хімічного складу серця у віковому аспекті для проведення коректного порівняльного аналізу.
3. Встановити особливості перебудови відділів серця щурів молодого, зрілого та старечого віку за умов дії солей важких металів, знайдених в підвищеній концентрації у воді Ямпільського, Середино-Будського та Шосткинського районів Сумської області.
4. З’ясувати динаміку змін хімічного складу серця за умов дії на організм шкідливих чинників зовнішнього середовища Сумського регіону.
5. Визначити можливість корекції препаратом "Тіотриазолін" несприятливого впливу на міокард солей важких металів.
Об`єкт дослідження – перебудова камер серця, морфогенез кардіоміоцитів та стромального компонента міокарда, динаміка хімічного складу серця щурів різного віку в нормі та за умов дії солей важких металів у підгострому експерименті.
Предмет дослідження – камери серця, кардіоміоцити, сполучна тканина, кровоносні судини міокарда, хімічний склад серця щурів різного віку в нормі та за умов дії солей важких металів .
Методи дослідження – морфометричні виміри відділів і камер серця, морфологічне дослідження міокарда на світлооптичному рівні, морфометрія гістопрепаратів, кількісна оцінка показників хімічного складу серця, статистична обробка цифрових даних.
Наукова новизна отриманих результатів. Вперше на експериментальному матеріалі проведено комплексне вивчення особливостей будови та хімічного складу серця щурів за умов дії на організм трьох різних комбінацій солей важких металів у підгострому експерименті, що полягають у розвитку структурних змін у міокарді, а саме – на першому етапі виникає компенсаторна гіпертрофія міокарда, яка при подовженні терміну експерименту через зрив компенсаторно-пристосувальних механізмів призводить до структурних змін у серцях тварин усіх вікових груп, що проявляються у зменшенні всіх масометричних параметрів серця, розвитку диспропорційної нерівномірної дилятації камер серця, зменшенні діаметру кардіоміоцитів та їх ядер, збільшенні відносного об'єму сполучної тканини, зниженні відносного об'єму судин. Вперше визначена ступінь накопичення екзогенних елементів та порушення співвідношення ендогенних мікроелементів у тканинах серця у різні терміни підгострого експерименту. Вперше виявлені особливості реакції міокарда тварин різних вікових груп, з яких найбільш чутливими виявилися тварини молодого та старечого віку, а найбільш стійкими – зрілого. Вперше визначена залежність ступеня пошкоджувальної дії на міокард даних екзополютантів від їх виду та терміну затравки: найбільшу токсичність виявлено при комбінації солей міді, марганцю і свинцю через 3 місяця від початку досліду. Експериментально обґрунтована можливість корекції негативного впливу важких металів препаратом "Тіотриазолін" у тварин всіх вікових груп. Значний корегувальний вплив препарату вперше виявлений при застосуванні у щурів молодого та зрілого віку.
Практичне значення отриманих результатів. Дане дослідження дозволило експериментально визначити загальнобіологічні аспекти механізму дії комбінації солей важких металів на будову та метаболізм міокарда тварин різного віку. Вікові особливості реакції міокарда на дію екзополютантів можна використовувати для диференційованого підходу в лікуванні патології серцево-судинної системи, викликаної дією екзогенних чинників.
Пропонується використання метаболічного препарату "Тіотриазолін" як ефективного засобу для зниження ступеня ушкоджень міокарда серед осіб різного віку в екологічно несприятливих регіонах.
Результати експериментальних досліджень впроваджені у навчальний процес кафедр анатомії людини Буковинського державного медичного університету, Ужгородського національного університету, Вінницького національного медичного університету ім. М.І. Пирогова, Луганського державного медичного університету, Дніпропетровської державної медичної академії, Кримського державного медичного університету ім. С.І. Георгієвського, Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевського, кафедри оперативної хірургії та топографічної анатомії Кримського державного медичного університету ім. С.І. Георгієвського, курсу оперативної хірургії та топографічної анатомії Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевського, кафедри прикладної екології Сумського державного університету.
Особистий внесок дисертанта. Дисертантом здійснений інформаційний пошук даних літератури, самостійно проведені всі експериментальні дослідження, статистичне опрацювання та аналіз отриманих результатів. Автором проведено узагальнення результатів дослідження, підготовлені праці до друку і сформульовані висновки дисертації.
Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації обговорені на Міжнародній науково-практичній конференції "Актуальні питання експериментальної та клінічної медицини" (м. Суми, 2006, 2007 рр.), IV конгресі АГЕТ України (Ялта, 2006р.), науково-практичній конференції "Досвід і проблеми застосування сучасних морфологічних методів досліджень органів і тканин у нормі та при діагностиці патологічних процесів" (Тернопіль, 24-25 травня 2007р.), VI Міжнародній конференції з інтегративної антропології (Вінниця, 2007р.).
Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи відображений у 12 наукових працях, з яких 9 – у фахових наукових журналах (6 – у моноавторстві), 1 статя - оглядова, 2 праці – у вигляді тез конференцій.
Структура й обсяг дисертації. Матеріали дисертації викладені на 193 сторінках, з яких 148 сторінок залікового принтерного тексту. Робота складається зі вступу, огляду літератури, розділів "Результати власних досліджень", що вміщує п`ять підрозділів власних досліджень і "Аналіз і узагальнення результатів дослідження", висновків, практичних рекомендацій, списку літературних джерел та додатків. Дисертація також містить 28 рисунків, 37 діаграм і 36 таблиць. Список літератури складається з 203 джерел, у тому числі 54 латинецею.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
Матеріали і методи дослідження. З метою вивчення впливу комбінації солей важких металів проведений експеримент на 270 безпородних щурах-самцях трьох вікових груп: молодих, зрілих та старечого віку, що утримувались у віварії Медичного інститута СумДУ. Вибір щурів як біологічної моделі обумовлений рядом спільних особливостей будови та функції серцево-судинної системи названих тварин і людини.
Перед початком експерименту тварин оглядали, враховуючи їх локомоторну активність та стан шкірного покриву. Після вибракування щурів з аномаліями поведінки, тварин вводили в експеримент. Утримання тварин та експерименти проводилися відповідно до положень «Європейської конвенції про захист хребетних тварин, які використовуються для експериментів та інших наукових цілей» (Страсбург, 1985), «Загальних етичних принципів експериментів на тваринах», ухвалених Першим національним конгресом з біоетики (Київ, 2001), Хельсинської декларації Генеральної асамблеї Всесвітньої медичної асоціації (2000). Комісією з питань біоетики Медичного інститута Сумського державного університету (протокол № 1 від 10 березня 2008 р.) порушень морально-етичних норм при проведенні науково-дослідницької роботи не виявлено.
Залежно від віку та впливу комбінацій важких металів усі тварини були поділені на 5 серій.
I серія (54 щурі) – яким моделювали екологічну ситуацію Ямпільського району Сумської області, для якої притаманне збільшення вмісту міді, цинку та заліза у водоймах та грунтах, а саме: солей цинку (ZnSO4 ) – 50 мг/л, міді (CuSО4 ) – 20,0 мг/л та заліза (FeSO4 ) – 20 мг/л. Для вивчення вікових особливостей дії мікроелементозів на організм тварин експеримент проводився в межах 3 вікових груп (по 18 особин в кожній): молоді тварини (4-6 місяців), зрілого віку (7-9 місяців) та щурі старечого віку (20-22 місяця). Кожна група тварин отримувала солі важких металів протягом 1, 2 та 3 місяців, що дозволило простежити підгостру дію екзотоксикантів.
II серія (54 щурі) – тварини трьох вікових груп, яким моделювались екологічні умови Шосткинського району, – протягом 1, 2 та 3 місяців з питною водою додавали солі цинку (ZnSO4 ) – 50 мг/л, хрому (K2 Cr2 O7 ) – 10,0 мг/л і свинцю (Pb(NO3 )2 ) – 3 мг/л.
III серія (54 щурі) – тварини трьох вікових груп, яким моделювались екологічні умови Середино-Будського району, – протягом 1, 2 та 3 місяців з питною водою додавали солі марганцю (MnSO4 x 5H2 O) - 5,0 мг/л, свинцю (Pb(NO3 )2 ) - 3 мг/л та міді (CuSO4 )– 20,0 мг/л.
IV серія (54 щурі) - корекція морфофункціональних змін серцевого м'яза препаратом "Тіотриазолін", який вводили внутрішньом'язово дозою 3 мг/кг один раз на добу протягом 1, 2 та 3 місяців. У ній використовували тварин, які затравлювалися солями міді, марганцю та свинцю.
V серія (54 щурі) - контрольна, до якої увійшли інтактні щурі всіх вікових груп, що дозволило провести коректний порівняльний аналіз з експериментальними серіями тварин.
Група експериментальних та контрольних тварин забивалася під ефірним наркозом шляхом декапітації на наступний день після закінчення експерименту. На дослідження забиралися серця щурів.
Для дослідження використовувалися такі методики:
1.Морфометричні виміри відділів і камер серця. Серце розтинали за методикою Г.Г. Автанділова (1990), розділяючи його на 4 частини: лівий та правий шлуночки, міжшлуночкову перегородку та передсердя. Окремо зважували частини серця за W. Muller з урахуванням модифікації R.M. Fulton et al., Г.І. Ільїна ( М.С. Гнатюк, 1978), використовували непряму планіметрію ендокардіальних поверхонь шлуночків серця.
2.Гістологічне дослідження міокарда шлуночків. Вирізалися шматочки міокарда з передніх і бічних стінок лівого та правого шлуночків, міжшлуночкової перегородки. Препарати фіксували в 10 % розчині нейтрального формаліну, після відповідної проводки заливали в парафін. Готували гістологічні зрізи товщиною 10 -15 мкм та забарвлювали їх гематоксилін-еозином, за ван-Гізон та залізним гематоксиліном Гейденгайна.
3.Морфометрія гістологічних препаратів.За допомогою гістоморфометрії визначали діаметр кардіоміоцитів шлуночків (ДКМЛШ і ДКМПШ ), діаметр ядер кардіоміоцитів лівого та правого шлуночків (ДЯКМЛШ і ДЯКМПШ), відносний об'єм кардіоміоцитів лівого та правого шлуночків (ВОКМЛШ і ВОКМПШ), відносний об'єм судин у шлуночках (ВОСЛШ і ВОСПШ), відносний об'єм сполучної тканини в лівому та правому шлуночках (ВОСТЛШ і ВОСТПШ), стромально-кардіоміоцитарне відношення в шлуночках (СТКМВЛШ, СТКМВПШ). Відносні об’єми кардіоміоцитів, судин, сполучної тканини визначалися методом «точкового» підрахунку (Г.Г. Автандилов, 1990; В.Д. Мішалов, 1994), СТКМВ вираховувалося за формулою (ВОСТ+ВОС)/ВОКМ, інші показники – за допомогою комп’ютерної програми «Видео Размер 5,0».
4. Вивчення хімічного складу серця. На атомному абсорбційному спектрофотометрі С-115М1 за загальноприйнятою методикою визначали кількість цинку (довжина хвилі - 213,9 нм), міді (довжина хвилі - 324,7 нм), свинцю (довжина хвилі - 283,3 нм), марганцю (довжина хвилі - 279,5 нм), хрому (довжина хвилі - 357,9 нм), заліза (довжина хвилі - 248,3 нм), кальцію (довжина хвилі - 271,5 нм), магнію (довжина хвилі - 328,4 нм). Концентрацію натрію та калію визначали методом емісії.
Отримані дані оброблялися статистично на персональному комп'ютері з використанням пакета прикладних програм. Достовірність розходження експериментальних і контрольних даних оцінювали з використанням критерію Стьюдента, достовірною вважали ймовірність помилки менше 5% (р≤0,05).
Результати дослідження та їх обговорення. Вивчення динаміки масометричних показників сердець молодих щурів за умов дії різних комбінацій солей важких металів міді, цинку, заліза, марганцю, хрому та свинцю свідчить про загальну токсичну дію екзополютантів.
Через 1 місяць затравки екзополютантами в усіх серіях спостерігалося зменшення чистої маси серця, маси лівого та правого шлуночків (ЧМС, МЛШ і МПШ) в середньому на 6,08-12,41% (р≤0,05). Недостовірна різниця з показниками контролю спостерігалася лише у тварин Iсерії. Слід зауважити, що найпершим реагував на екзогенний вплив лівий шлуночок. Маса серця та його частин продовжувала зменшуватися через 2 місяці затравки солями важких металів і була значно менша за контроль через 3 місяці.
Через 2 та 3 місяці спостереження в усіх експериментальних серіях відбувалося достовірне зростання площі ендокардіальних поверхонь обох шлуночків. Максимальна різниця з контролем зафіксована на 3-му місяці спостереження і становила від 13,42% (р≤0,05)в I серії до 20,36% (р≤0,05)в III серії.
Морфометрія гістологічних препаратів сердець молодих тварин свідчила про наявність структурно-морфологічних змін у міокарді щурів усіх експериментальних серій. Ступінь змін залежав лише від терміну затравки та комбінації солей важких металів.
Відносний об'єм судинного русла міокарда молодих тварин достовірно не змінювався протягом усього експерименту, що свідчить про значні компенсаторні можливості судин у молодому віці.
Натомість відносний об'єм сполучної тканини (ВОСТ) у препаратах сердець значно зростав та мав виражену залежність від виду солей металів. Так, у I серії ВОСТ зростав на 8,54% (р≤0,05) (ЛШ) та 7,33% (р≤0,05) (ПШ) лише через 3 місяці затравки. У II та III серіях вже через 1 місяць затравки солями важких металів відбувалося збільшення ВОСТ. Ці дані свідчать про високу токсичність даних елементів. Через 3 місяці різниця з контролем становила 9,48-14,76% (р≤0,05).
Діаметр кардіоміоцитів та їх ядер (ДКМ і ДЯКМ) достовірно зменшувався в усіх серіях, характеризуючи структурно-морфологічні зміни міокарда. Причому характерним є переважання морфологічних змін у кардіоміоцитах (КМЦ) лівого шлуночка. Достовірна різниця з контролем у I серії спостерігалася лише через 3 місяці спостереження в лівих відділах серця і становила 9,55% (р≤0,05) для ДКМ.
Гістологічна картина через 3 місяці експерименту для всіх серій тварин була типовою. При забарвленні гематоксилін-еозином відмічалося зменшення розмірів КМЦ та їх ядер. Для останніх характерним був поліморфізм (округлі, штрихоподібні). Контури серцевих міоцитів були нечіткі, цитоплазма нерівномірно забарвлена, зерниста. Поперечна посмугованість нечітко виражена, місцями зникала, між м’язовими волокнами виявлялися ділянки клітинної інфільтрації. Виражені судинні розлади: стромальний та периваскулярний набряки, потовщення, набряк, клітинна інфільтрація стінки судин середнього та дрібного калібрів, звуження їх просвіту, з
8-09-2015, 22:26