Биомеханика, гистоморфометрия и топология тканей артериальных сосудов человека
жүктеу/скачать 74.77 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
| БИОМЕХАНИКА, ГИСТОМОРФОМЕТРИЯ И ТОПОЛОГИЯ ТКАНЕЙ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДОВ ЧЕЛОВЕКА
Л.Ю. Коссович1, И.В. Кириллова1, А.А. Голядкина1, Н.О. Челнокова2, М.С. Шевцова3, Р.А. Сафонов1, А.А. Калинин1 1 - ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» 2 - ГБОУ ВПО „Саратовский государственный медицинский университет имени В. И. Разумовского“ Министерства здравоохранения Российской Федерации 3 - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук nano-bio@sgu.ru Аннотация. Проведено биомеханическое, гистоморфометрическое и топометрическое исследование тканей артериальных сосудов человека на различных стадиях атерогенеза. Использовались атомная силовая микроскопия с применением зондовой нанолаборатории NTEGRA Spectra, конфокальный лазерный сканирующий микроскоп Leica TCS SP8, динамический механический анализатор DMA Q800 и испытательная машина Instron 5944. Выявлены значимые изменения в структуре стенки артерий в зависимости от стадии атеросклеротического поражения. Результаты, полученные в данном исследовании, будут в значительной мере способствовать появлению принципиально новых сведений о природе и механизмах возникновения и развития атеросклероза. ВВЕДЕНИЕ В Российской Федерации по данным Росстата (2012), 57% в структуре смертности населения составляют заболевания сердечно-сосудистой системы, из них более 49% – ишемическая болезнь сердца (ИБС). Ведущие позиции ИБС представляют серьезную медицинскую и социально-экономическую проблему, так как отмечен высокий процент встречаемости данной патологии у лиц мужского пола в возрасте 30 – 60 лет, то есть трудоспособной, высококвалифицированной части общества. Причиной ишемии миокарда является снижение перфузии, обусловленной окклюзией венечных артерий сердца, чаще вследствие поражения атеросклерозом. Начало атерогенеза, по многочисленным теориям, включая гемодинамическую, которой и придерживаются авторы, связано с повреждением эндотелия интимы, что приводит к повышению проницаемости стенки сосуда для липопротеинов и других веществ [1-3]. Организм реагирует на это разрастанием плотной соединительной ткани. Артериальная стенка становится менее эластичной и более плотной. Впоследствии происходит формирование липидного пятна (полоски), далее фиброзной атеросклеротической бляшки с выраженной покрышкой из фиброзной ткани, а затем осложненной атероматозной атеросклеротической бляшки. На различных этапах атерогенеза происходит изменение структуры и механических свойств тканей, составляющих стенку сосуда. Образование атеросклеротических отложений приводит к изменению геометрии внутренней поверхности сосуда, в частности к явному изменению топологии интимы [4]. Отметим, что сформировавшаяся бляшка может иметь сложную структуру, в частности, включающую отложения солей кальция. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Проведено исследование 60 правых (180 срезов) и 60 левых венечных артерий (180 срезов) на уровнях начальных отделов 3-х сегментов, изъятые у трупов людей мужского пола в возрасте 30-70 лет (забор материала проводился с соблюдением рекомендаций этической комиссии). Во всех случаях причина смерти была не связана с поражением венечных артерий (ВА) и заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Весь материал был распределен по 4 возрастным группам: I группа – 31-40 лет, II группа – 41-50 лет, III группа – 51-60 лет, IV группа – 61-70 лет. Натурный эксперимент по определению биомеханических параметров тканей ВА проводился с использованием динамического механического анализатора DMA Q800 и настольной одноколонной испытательной машины Instron 5944. При гистологическом исследовании применяли метод обзорного окрашивания гематоксилином и эозином, на коллагеновые волокна по Ван-Гизон, на эластику – резорцин-фуксином по Вейгерту, для выявления признаков дезорганизации соединительной ткани (плазматического пропитывания, фибриноидного набухания) – метод ОКГ (оранжевый, красный, голубой) в модификации Д.Д. Зербино и Л.Л. Лукасевича (1988). Все исследуемые препараты приготавливали по одинаковой методике. Топографическое исследование внутренней поверхности интимы сосуда проводилось с использованием установки атомно-силовой микроскопии NTEGRA Spectra, сканирующего электронного микроскопа Tescan MIRA и многофункционального конфокального лазерного сканирующего микроскопа Leica TCS SP8. РЕЗУЛЬТАТЫ Исследование биомеханических свойств стенки венечных артерий (ВА) [4] позволило построить характеристическую кривую, отражающую изменения жесткости тканей на различных стадиях эволюции атеросклеротического поражения: относительная норма (отсутствие патологии), стадия липоидоза – ткани теряли жесткость на 5%, стадия липосклероза – увеличивали до 35%, стадия осложненной атеросклеротической бляшки – снова потеря жесткости на 10% (рис. 1). Последнее обусловлено аутолизом (кашицеобразным распадом) атероматозной осложненной атеросклеротической бляшки. Проведено исследование возрастной изменчивости биомеханических свойств тканей стенки ВА (рис. 2). От I к IV возрастной группе жесткость артериальной стенки увеличивается из-за потери ее эластичности, причем в проксимальном направлении в 10,5 раза, а в дистальном до 20,0 раз. У лиц 31-40 лет отмечается большая эластичность стенки артерий, чем в других возрастных группах. Увеличение жесткости стенки в возрасте 41-70 лет обусловлено наличием патологии на различных стадиях эволюции атеросклеротического поражения.
Сведения, полученные в ходе гистоморфологического исследования тканей сосудистой стенки, определили наиболее типичные локализации атеросклеротических бляшек. Установлено, что наибольшие значения толщины как сосудистой стенки ВА в целом, так и отдельных ее слоев наблюдается в местах образования атеросклеротических бляшек, которые встречались на изученном материале в 92,5% во всех возрастных группах. Начальные проявления атеросклероза в виде образования липидных пятен возникают, в первую очередь, в зонах бифуркации, в местах отхождения крупных и мелких ветвей венечных артерий, а также в месте резкого изменения направления хода артериальной ветви. При исследовании установлено, что более подвержены образованию атеросклеротических бляшек начальные отделы ВА. С возрастом от 31 до 70 лет процент атеросклеротических поражений данных отделов резко увеличивается с 63,2 до 93,3%, причем преобладают бляшки в стадии атероматоза и атерокальциноза. Визуализации стадий атерогенеза в ВА сердца человека представлена в таблице 1. Таблица 1. Стадии атерогенеза в венечных артериях сердца человека
Топология внутренней стенки сосудов строилась с разрешением 1 нм [5]. Было также проведено сканирование поверхности отдельных клеток эндотелия и формы внутриклеточной соединительной ткани. В результате исследования топологии внутренней поверхности сосудистой стенки были обнаружены существенные различия в структуре тканей ВА в зависимости от стадии атеросклеротического поражения сосуда (рис. 3, 4). На рисунке 4 приведена топология внутренней поверхности сосуда на которой отчетливо видна сформировавшаяся липидная полоска. Анализ результатов позволил выяснить морфологию краев эндотелиальных клеток, тип соединительной ткани и размер межклеточного просвета, составляющий от 2 до 5 нм. Проведенное исследование дает возможность утверждать, что использование атомной силовой микроскопии и многофункционального конфокального лазерного сканирующего микроскопа, с применением математических методов для обработки данных, позволяет построить полную модель геометрии эндотелиальной соединительной ткани и поверхности клеток эндотелия с разрешением до 1 нм при различных стадиях атерогенеза.
Проведенное исследование позволит получить новые знания о причинах развития атеросклероза в артериальной системе человека с целью выработки рекомендаций для прогнозирования возникновения и развития данного заболевания на ранней стадии. Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №15-31-50156, № 14-01-31383-мол_а и Государственного задания № 2014/203, код проекта 1617. Литература
жүктеу/скачать 74.77 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
