Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

COMPARATIVE HISTOLOGIC RESEARCH OF THE AORTAL VALVE OF THE RAT AND THE PERSON IN NORM AND CALCIFICATION

Kostyuchenko V.P. 1 Vasilev D.N. 1 Gerasimov A.V. 1 Denisov A.A. 1
1 Siberian State Medical University
With the help of light-optical microscopic methods, a comparative morphometric analysis of the structure of the wall of the aortic valve rats and humans in health and calcification. Revealed morphological and functional features of the structure of the endothelium, smooth myocytes, cells of fibroblast series potentailly layer percentagepotentailly, musculo-elastic and spongy layers, complex fiber architectonics. In the endothelium of the valve of an adult on the aortic side of the amplification of the nucleoli and a decrease in NCA. At the person the potentailly layer is developed worse than at a rat, observed a significant thickening in the calcification. Total Ratio of musculo-elastic and spongy layer in humans is 0.1, and the rat - 1.1, indicating that the development of excessive connective tissue in humans adulthood spongy layer 3 times thicker at the opposite thickened calcification musculo-elastic layer. The number of fibroblasts in the adult dominates fibroblasts, while calcification of the number of fibroblasts decreases in 2 times and the number of fibrocytes is increased in 6 times.
fibrous architectonics.
endothelial cells
calcification
aortic valve

За последнее десятилетие многие заболевания сердца сопровождаютсякальцинозом [4, 5]. Чаще поражаются аортальные клапаны, что является причиной ранней инвалидизации и смертности. Отложения минеральных солей могут затрагивать все слои клапана, сопровождаться повреждением эндотелия [2], их связывают с изменениями волокнистых структур соединительной ткани [1]. В то же время гистологические особенности при кальцинозе остаются мало изученными. Необходимо комплексное сравнительное исследование волокнистой архитектоники и клеточного состава аортальных клапанов. Интерес представляют клапаны людей зрелого возраста, наиболее продуктивного и актуального для изучения морфологических изменений.

Цель работы в проведении комплексного сравнительного гистологического анализа особенностей строения аортального клапана у крыс и людей зрелого возраста без кальциноза и гистологических изменений при кальцинозе.

Материал и методы

Материалом для исследования послужили аортальные клапаны 5-месячных половозрелых самцов крыс линии Wistar массой 180–200 гв соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (1977). Человеческий материал получен при патологоанатомическом вскрытии людей зрелого возраста от 49 до 70 лет, обоих полов. Материал фиксировали в 10% нейтральном формалине, парафиновые срезы окрашивали гематоксилином и эозином,по Ван-Гизону, по Маллори, толуидиновым синим. Материал от больных с кальцинозом декальцинировали в растворе Biodec-R.  Весь материал разделили на группы: 1-я контрольная – здоровые половозрелые крысы (5 клапанов); 2-я – люди без кальциноза клапана (16 клапанов); 3-я – люди, имеющие кальциноз (24 клапана). На гистологических срезах производили подсчет количества, размеров, ядерно-цитоплазмотического отношения эндотелиоцитов и гладких миоцитов на площади 50 мкм2. Измеряли толщину и соотношение подэндотелиального, мышечно-эластического и спонгиозного слоев. Подсчитывали количество фибробластических клеток в спонгиозном слое на площади 50 мкм2. Срезы изучали под микроскопом «PrimoStar» («CarlZeiss», Германия) с цифровой фотокамерой G-10 («Canon», Япония) и с программным обеспечением «AxioVision 4.8.2» («CarlZeiss», Германия). Данные морфометрии обрабатывали с использованием пакета прикладных программ «StatisticsforWindows» v. 6.I (Statsoft. CША). Вычисляли медиану (Me) и интерквартильный интервал (Q1 – Q3). Значимость различий оценивали по U-критерию Манна – Уитни, при p < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

При изучении эндотелия на аортальной стороне оказалось, что количество эндотелиоцитов во 2-й группезначимо не отличается от контроля, норазмербольше в 1,5 раза, клетки более высокиеи цитоплазма светлая (рис.1).Различия в кариометрических показателях 1-й и 2-ой групп незначимы, иядерно-цитоплазматическое отношение во второй группе значимо не отличается от контроля, во 2-й группев эндотелиоцитахнаблюдается увеличение числа ядрышек (табл.1), в то время как по данным литературы среднее значение содержания ядрышек в эндотелии человека в норме 1,8± 0,2 [1].

Таблица 1

Морфометрические показатели клеток на аортальной стороне  (Me (Q1 –- Q3), р<0,05)

Показатели

1-я  группа

2-я группа

3-я группа

NЭтц

4,0 (2,0-4,0)

3,0 (2,0-5,0)

3,0 (2,0-4,0)

dЭтц,, мкм

2,33 (1,76-3,41)

3,87 (3,07-4,76)*

3,75 (3,19-4,45)

LЭтц,мкм

9,87 (7,74-15,45)

21,1 (16,1-23,86)*

22 (18,28- 30,4)

SЯ, мкм2

28,8 (5,41-34,42)

22,2 (13,1-32,1)

27,5 (22,0-39,0) **

ЯЦОЭтц

0,82 (0,61-1,12)

0,62 (0,54-0,88)

0,72 (0,66-1,31)

NЯш

2,0 (1,0– 2,0)

3,0 (3,0– 4,0)*

2,0 (1,0– 2,0)

NГм

8,5 (7,0-10,0)

3,0 (2,0-3,0)*

4,0 (3,0-5,0)

dГм, мкм

2,75 (2,26-3,71)

2,75 ( 2,04-3,11)

3,32 (2,65-3,46) **

LГм, мкм

15,6 (13,9-24,9)

32,9 (32,3-36,1)*

30,9 (18,5-41,0)

ЯЦОГм

1,08 (0,86-1,45)

1,62 (0,66-2,49)

0,87 (0,39-1,45) **

NФбл

3,0 (1,0-3,0)

2,0 (2,0-3,0)

3,0 (2,4-3,0)

NФц

8,0 (6,0-15,0)

1,0 (1,0-2,0)*

6,0 (6,0-7,0) **

Примечание. * – значимые различия между 1-й и 2-й группами; ** – значимые различия меж-ду 2-й и 3-й группами; N – количество; d – ширина; L – длина;SЯ – площадь ядраэндотелиоцитов; ЯЦО – ядерно-цитоплазматическое отношение; Гм – гладкие миоциты; Фц – фиброциты; Фбл – фибробласты; Этц – эндотелиоциты, Яш – ядрышки.

Рис.1. Эндотелий: А – на аортальной стороне клапана крысы; Б – на вентрикулярной стороне клапана крысы; В – на аортальной стороне клапана 2-й группы; Г – на желудочковой стороне клапана 2-й группы. Окраска гематоксилином и эозином.Ув. х 1200

 

Количество эндотелиоцитов на вентрикулярной стороне во 2-й группе меньше,  ширинабольше в 4,5 раза, ядра клеток крупнее(табл. 2), ядрышки не просматриваются за счет гиперхромии (рис.1).

Таблица 2

Морфометрические показатели эндотелия на вентрикулярной стороне (Me (Q1 –- Q3), р<0,05)

Показатели

1-я группа

2-я  группа

3-я группа

N

4,0 (3,0--5,0)

3,0 (2,0--3,0)*

1,0 (1,0--2,0) **

d, мкм

1,93 (1,5–2,03)

8,73 (7,24–11,2)*

6,5 (6,25–8,22)

L, мкм

15,4 (11,5--18,0)

13,1 (11,3–17,2)

17,9 (16,2—19,5)

25,3 (17,3—31,2)

35,0 (27,5—43,1)*

48,2 (41,5—64,2)**

ЯЦО

0,74 (0,32—1,43)

0,67 (0,55—0,97)

1,23 (0,97—2,30)**

Примечание. * –значимые различия между 1-й и 2-й группами; ** – значимые различия между 2-й и 3-й группами; N – количествоэндотелиоцитов; d – ширина; L – длина;SЯ – площадь ядер; ЯЦО – ядерно-цитоплазматическое отношение.

Подэндотелиальный слой во 2-й группе равномерно утолщен, за счет разрастания коллагеновых волокон и набухания, однако можно говорить о его истончении, если рассматривать толщину субэндотелиального слоя в процентном соотношении с другими слоями (табл.3).

Таблица 3

Процентное соотношение слоев аортального клапана(Me (Q1 –- Q3), р<0,05)

Показатели

1-я группа

2-я  группа

3-я группа

dПодэнд, мкм

2,85(2,7-3,0)

6,87(5,76-7,77)*

18,9(12,5- 34,9) **

dПодэнд, %

10,4

2,94

7,67

dМыш-элас, %

57,0

24,4*

55,2**

dСпонгиоз, %

43,0

75,6*

44,8**

dМыш-элас/dСпонгиоз

1,1 (0,70-5,34)

0,1(0,09-0,14)*

0,78(0,56-0,88) **

Примечание. * – значимые различия между 1-й и 2-й группами; ** – значимые различия между 2-й и 3-й группами; dПодэнд – толщина подэндотелиального слоя; dМыш-элас– толщина мышечно-эластического слоя; dСпонгиоз– толщина спонгиозного слоя.

В мышечно-эластическом слое морфометрические показатели гладких миоцитов имеют значимые отличия, во 2-й группе слой тоньше в 2,38 раза, гладких миоцитовв 2,5 раза меньше и они длиннее, их ядерно-цитоплазматическое отношение выше в 1,5 раза (табл. 1).Клетки рыхло расположены, неравномерно распределены по количеству и имеют разную ориентацию, в основании створки более плотно располагаются в центре. Отмечается утолщение эластических мембран, разрастание и уплотнение коллагеновых волокон и единичные очаги набухания основного вещества со слабой метахромазией.

Спонгиозный слой во 2-й группе в 1,76 раза толще (табл.3). Особенности содержания клеток фибробластического ряда: в 1-й группе фиброцитов больше, чемфибробластов в 2,7 раза, что свидетельствует о зрелости фиброзной ткани и снижении синтетических процессов.Во 2-й группе общее содержание клеток значительно меньше, но фибробласты численно преобладают над фиброцитами (табл.1).Общее долевое соотношение мышечно-эластического и спонгиозного слоев у человека составляет 0,1, а у крысы – 1,1, что указывает на избыточное развитие соединительной ткани у человека зрелого возраста, подтверждается подсчетом фибробластов и особенностями волокнистого строения.Волокнистая архитектоника спонгиозного слоя сложная и напоминает «слоёный пирог» (рис.2).

 

Рис. 2. Волокнистая архитектоника спонгиозного слоя. 1 – чередование пучков коллагеновых и эластических волокон по горизонтальной оси в поверхностном слое; 2 –плотное лентообразное скопление эластических волокон; 3 –чередование коллагеновых и эластических волокон по вертикальной оси; 4 – рыхло расположенные коллагеновые волокна. Окраска по Маллори. Ув. × 600

При кальцинозе происходит повреждение эндотелия, образующего защитный покров створок клапана [4]. На аортальной стороне эндотелий сохранен, но набухший, цитоплазма мутная и межклеточные границы не различимы. Имеет место значительная вариабельность размеров ядер эндотелиоцитов, что говорит о нарушении функциональной активности. Наблюдается врастание эндотелия в подэндотелиальный слой и слущивание. Подэндотелиальный слой неравномерно утолщен в 2,8 раза за счет разрастания коллагеновых волокон и метахроматично окрашен. На вентрикулярной стороне эндотелий отсутствует, сохранён единичными участками. Клетки уменьшены и удлинены, возрастает их ядерно-цитоплазматическое отношение  (табл. 2).

Толщина мышечно-эластического слоя в 3-й группе значимо больше (табл. 3).  Наблюдается гиалиноз и немногочисленные треки жировой ткани, расщепление и фрагментация эластических мембран. Наблюдается умеренная пролиферация гладких миоцитов, возрастает их толщина и снижается их ядерно-цитоплазматическое отношение (табл.1).На первое место выступают повреждения эластических волокон, наблюдаются их частичная фрагментация и неравномерное утолщение.

В спонгиозном слое, в наружной его части непосредственно под кальцинатами отек межклеточного вещества, расширенные межфибриллярные пространства, он наиболее богат ГАГ и  метахроматически окрашивается (рис.3).

 

Рис. 3. Стенка аортального клапана человека с кальцинозом. 1 – кальцинаты; 2 – отек и метахромазия межклеточного вещества. Окраска толуидиновым  синим. Ув. × 150

Также, в поверхностном слое отмечается разрастание мелких кровеносных сосудов. В средней его части неравномерное утолщение коллагеновых волокон, на отдельных препаратах коллагеновые волокна спаиваются в сплошные ленты, замещаются на толстые, плотные поля коллагеновых волокон. Отмечаются разрушение и неравномерное утолщение эластических волокон. Распределение клеток фибробластического ряда в губчатом слое неравномерное: в местах отложения минеральных солей их число увеличено в 3 раза преимущественно за счёт фиброцитов, в более глубоких слоях содержание клеток резко уменьшено. Количество фиброцитов в 3-й группе больше чем фибробластов в 2 раза и в 6 раз по сравнению со 2-й группой (табл. 1). На вентрикулярной стороне наблюдаются неравномерные по плотности отложениякальцинатов, ониинтенсивно окрашиваются пикрофуксиномиинтенсивнометахроматически окрашиваются (рис.3).В кальцинированной ткани отмечается разрастание коллагеновых волокон, они образуют толстые грубые пучки с неупорядоченной ориентацией.

Заключение

Таким образом, настоящее исследование выявило гистологические и цитологические особенности строения оболочек и более сложную волокнистую архитектонику у человека. Выраженные структурные изменения наблюдаются в эндотелии, подэндотелиальном слое и соединительной ткани спонгиозного слоя. В эндотелии аортальной стороны наблюдается амплификация ядрышек во второй группе в сочетании со снижением ядерно-цитоплазматического отношения, что может рассматриваться как компенсаторное напряжение функциональной активности клетки, вероятно, связанное с возрастными изменениями. Подэндотелиальный слой у взрослого человека равномерно утолщен, при кальцинозе его толщина возрастает в 2,8 раз с накоплением ГАГ и разрастанием коллагеновых волокон. Общее долевое соотношение мышечно-эластического и спонгиозного слоев указывает на избыточное развитие соединительной ткани у человека зрелого возраста, это подтверждается морфометрическими показателями фибробластов и особенностями волокнистого строения.  При кальцинозе соотношение меняется в сторону значительного утолщения мышечно-эластического и истончения спонгиозного слоёв. При кальцинозечисло фиброцитов в 6 раз больше, чем в клапане без кальциноза. В клапане, пораженном кальцинозом, происходит полное повреждение эндотелия на вентрикулярной стороне, а на аортальной стороне набухание и уплотнение эндотелия, полиморфизм размеров ядер с тенденцией к увеличению, разрастание и слущивание эндотелия, утолщение подэндотелиального слоя. При кальцинозе мышечно-эластический слой утолщен, в нем наблюдаются гиалиноз, дистрофические изменения эластических мембран, утолщение гладких миоцитов и снижение их ЯЦО.В спонгиозном слое разрастание коллагеновых волокон. Патологически изменён эндотелий и волокнистый состав на вентрикулярной стороне. В клапанах 3-й группы имеет место сочетание всех трех видов петрификации: а) метастатическое, связанное с общим нарушением фосфорно-кальциевого обмена в организме, б) дистрофическое, связанное с нарушением обмена веществ в гиалинизированной соединительной ткани, а также повышенная чувствительность эластической ткани и основного вещества к кальцию.

Рецензенты:

ЖданкинаА.А.,д.м.н.,профессоркафедрыгистологии, эмбриологииицитологииГБОУВПО «Сибирскийгосударственныймедицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г. Томск;

Алябьев Ф.В., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой судебной медицины с курсом токсикологической химии ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г. Томск.