МОРФОФУНКЦІОНАЛЬНІ ЗМІНИ МІОКАРДА В УМОВАХ ТЕХНОГЕННИХ МІКРОЕЛЕМЕНТОЗІВ У ВІКОВОМУ АСПЕКТІ (анатомо-експериментальне дослідження)

Краткое содержание

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 (K₂Cr₂O₇) – 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 5H₂O) - 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 I серії. 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 утворенням клітинних агрегатів. Відмічено стази крові в судинах гемомікроциркуляторного русла (ГМЦР), кількість останніх у полі зору була зменшена. Спостерігалося розростання сполучної тканини між м’язовими волокнами та в стінці судин.

Для змінам хімічного складу серця молодих щурів були притаманні особливості, що залежать від виду солей важких металів, які вводилися з питною водою. В умовах затравки солями міді, цинку та заліза відмічалося поступове зниження вмісту міді (до 34,18% (р≤0,05) через 3 місяці, яке відбувається при її підвищеному надходження в організм із водою. Цей феномен можна пояснити конкуренцією з іонами цинку та заліза, що також надходили в організм у підвищеній кількості. Натомість рівень цинку збільшувався через 3 місяці до 31,77% (р≤0,05). Вміст заліза, що додатково надходило у організм, стрімко зростав з перших термінів спостереження і через 1 місяць перевищував контроль на 63,02% (р≤0,05).  Порушення метаболізму КМЦ супроводжувалося зменшенням рівня марганцю, вміст якого був  менший за контрольні показники через 3 місяці на 14,29% (р≤0,05). Динаміка вмісту натрію вказувала на порушення функціонування Na-K- насоса і характеризувалася зменшенням його рівня через 1 та 2 місяці на 7,92% (р≤0,05) та 11,00% (р≤0,05) і зростанням на 38,21% (р≤0,05) через 3 місяці. Вміст калію та кальцію в цей термін перевищував контрольні показники на 15,09% (р≤0,05) і 18,26% (р≤0,05).

         Затравка солями міді, марганцю та свинцю призводила до їх акумуляції в міокарді. Їх рівень перевищував контроль відповідно на 56,82% (р≤0,05), 93,16% (р≤0,05) та 113,06% (р≤0,05) через 3 місяці спостереження. Зростання іонів міді супроводжувалося зменшенням вмісту цинку  на 32,05% (р≤0,05), а збільшення вмісту марганцю і свинцю - зменшенням магнію на 54,06% (р≤0,05), що можна пояснити їх антагоністичними відношеннями. Рівень натрію та калію був менший за контроль на 42,32% (р≤0,05) та 15,08% (р≤0,05), а вміст кальцію більший за контроль на 32,28% (р≤0,05).

         Таким чином, у щурів молодого віку затравка солями міді, цинку та заліза   достовірно викликала структурну перебудову міокарда через 2 місяці експерименту, а у щурів, що отримували солі цинку, хрому, свинцю та міді, марганцю, свинцю – вже через 1 місяць. Структурні зміни та порушення хімічного складу серця були більш виражені  у тварин  III серії. 

Масометрія сердець щурів зрілого віку в умовах експериментальних мікроелементозів свідчила про більші компенсаторні можливості тварин даної вікової групи (рис. 1). 

         Так, перший місяць спостереження характеризувався компенсаторною реакцією міокарда, яка проявлялася в його гіпертрофії. ЧМС в даний термін перевищувала контроль в усіх серіях  на 7,93% (р≤0,05) - 9,54% (р≤0,05). МЛШ зростала відповідно на 8,17% (р≤0,05) - 12,08% (р≤0,05), збільшення МПШ на 6,42% (р≤0,05) було достовірним тільки в II серії. Для всіх серій характерним було зростання СІ через 1 місяць спостереження відповідно на 8,31% (р≤0,05), 10,29% (р≤0,05) та 13,03% (р≤0,05). Площі ендокардіальних поверхонь залишалися незмінними у всіх серіях.