Изменение морфофункционального состояния сердца при моделированном десинхронозе

В этой главе изложены результаты исследований по экспериментальному моделированию десинхроноза у животных. Задачей исследований было воздействие на организм животных известным стресс-фактором и исследование морфофункциональных последствий этого воздействия на фоне суточной динамики показателей, в частности, в утреннее и вечернее время, когда морфофункциональное состояние сердца (Глава 5) имеет наибольшие отличия от среднесуточных характеристик.

В качестве десинхронизирующего воздействия использовалась алкоголизация животных. Известно, что алкогольная интоксикация вызывает в организме развитие стресс-реакции (В.П.Латенков, 1987). Одним из основных патофизиологических эффектов алкоголя на клеточном уровне является его мембранотропное (мембранотоксическое) действие, развивающееся вследствие включения этанола в состав мембранных структур клеток (А.Е.Успенский, 1984). Этанол нарушает структуру и функцию митохондрий и эндоплазматического ретикулума (J.M.Lit-tleton, 1980; В. С. Пауков с соавт., 1996).

Выбор данного подхода к созданию экспериментальной модели десинхроноза обоснован также практическим отсутствием исследований по морфологическим и хронотоксическим аспектам влияния алкоголя на сердечно-сосудистую систему, общие аспекты которого обсуждались нами в Главе 1 (раздел 1.3.1).

Таким образом, главной задачей этого этапа исследований являлось изучение стресс-реакции на морфофункциональное состояние сердца в различные фазы его сезонно-суточных ритмов.

Наши исследования показали, что моделирование стресс-реакции на внешнее биотропное воздействия (в данном случае, алкоголизация животных) имеет слабую зависимость от сезонов, однако существенно зависит от времени воздействия. Во все сезоны года модельная стресс-реакция выражается в падении сократительной силы сердца, если модельное стресс-воздействие производится в начале фазы локомоторной активности животных, т. е. утром, и можно заметить, что выраженность этого процесса в осенне-зимний период года превосходит её в другие сезоны. В частности, осенью в группе животных, которым вводился алкоголь утром, произошло падение сократительной функции сердца по показателю реального давления в полости левого желудочка на 46%, правого желудочка — на 32%, по показателю максимального давления — на 17% и 30% соответственно. При проведении экспериментов в утреннее время зимнего периода к 11-му дню воздействия на животных алкоголем отмечены случаи гибели среди опытных животных.

При алкоголизации животных в вечернее время происходило незначительное падение сократительной силы сердца, а в некоторых случаях имелась даже тенденция к ее повышению.

Таблица 8 Количественные показатели морфофункционального состояния сердца у интактных и алкоголизированных кроликов в различное время суток.

Из Таблицы 8 видно, что сократительная функция левого и правого желудочков сердца интактных животных имеет суточную динамику, достигая максимальных значений в утреннее время.

Введение

алкоголя приводит к следующим эффектам. Исчезает внутрисуточная динамика изменений сократительной функции сердца. Давление в левом и правом желудочках сердца у алкоголизированных животных достоверно не отличается при утреннем и вечернем измерениях (Рис.25), т. е. происходит нарушение структуры циркадианного ритма.

Корреляционный анализ на наличие или отсутствие связей между показателями функции сердечно-сосудистой системы свидетельствует, что введение алкоголя приводит к существенным изменениям взаимоотношений как желудочков сердца между собой, так и работы сердца и состояния сосудистого тонуса.

Введение

алкоголя в утреннее время приводит к изменению степени связи между VPREALLV и APMIN; VPREALLV и VPMAXLV; VPREALLV и VPMAXRV, которые в контрольной группе являются сильными достоверными положительными связями. Эти связи резко ослабевают, что свидетельствует о серьезном нарушении механизмов нормального функционирования сердца и разобщении взаимоотношений между уровнем сосудистого тонуса и сократительной активностью миокарда.

Происходящие изменения в деятельности сердца, вызванные введением алкоголя в утреннее время, свидетельствуют о возникновении десинхроноза сердечно-сосудистой системы. Как следствие развития десинхроноза, происходит падение абсолютных значений показателей сократительной функции сердца, снижение его работоспособности.

Количественный анализ показателей ультраструктуры свидетельствует, что утренний прием алкоголя приводит к резким нарушениям в аппарате энергообеспечения клетки. Уменьшается количество митохондрий, кристы в них почти исчезают. Средняя площадь митохондрии увеличивается с 0,540,17 мкм.кв. до 0,940,11 мкм.кв. Коэффициент энергетической эффективности митохондрий резко снижен (с 6,541,21 до 0,550,44).

Изменения ультраструктуры сердца в результате алкоголизации в утренние часы часто носят необратимый характер. Отмечается значительный внеи внутриклеточный отек. В миоцитах наблюдаются явления деструкции и деградации митохондрий, матрикс органелл пятнисто просветлен, а в отдельных органеллах вымыт, в некоторых участках они представляют собой конгломераты с отсутствующей наружной и внутренней мембраной. Участки миофибрилл разволокнены и разорваны (Рис.26). Матрикс ядер вымыт, а оставшийся хроматин маргинирован.

Характерным в «утренней группе» животных является наличие большого количества коллагеновых волокон, образующих муфты вокруг сосудов (Рис.27). Известно, что образование коллагеновых муфт вокруг сосудов является защитной реакцией, направленной на предотвращение проникновения вредоносных агентов из крови в ткань (В.А.Фролов с соавт., 1987). В миоцитах обнаружены скопления вторичных лизосом; гликоген и липидные включения отсутствуют.

Проведение количественного анализа состояния митохондриального аппарата показало, что достоверно увеличивается средняя площадь 1-й митохондрии (с 0,540,17 до 0,940,11 мкв.кв.).

Известно, что чем больше площадь митохондрий, тем меньше степень повреждения лизосомных мембран (В.А.Фролов, В. П. Пухлянко, 1989). В нашем эксперименте при алкоголизации животных утренней группы достоверно снижается коэффициент проницаемости лизосомных мембран, т. е. наступает стабилизация лизосомной мембраны, что тормозит процессы внутриклеточной регенерации, особенно образование митохондрий (В.А.Фролов, 1973). При этом происходит торможение процессов окислительного фосфорилирования и, соответственно, выработки АТФ.

В «вечерней» группе животных не отмечено грубых нарушений ультраструктуры миокарда. Здесь можно говорить о формировании компенсаторной реакции на действие алкоголя. У большинства митохондрий не отмечено нарушений наружной и внутренней мембраны, кристы в них расположены параллельно. Отмечаются отдельные участки гомогенизации матрикса митохондрий. Канальцы саркоплазматического ретикулума резко расширены. Много первичных и вторичных лизосом гликогена. В небольшом количестве имеются гомогенные и исчерченные липидные включения. Ядерная мембрана инвагинирована.

В летний период года данная тенденция сохраняется, но морфологические изменения не выходят за пределы физиологической нормы. В митохондриальном аппарате отмечено небольшое увеличение площади митохондрий и количества крист в них. Существенно возрастает коэффициент энергетической эффективности митохондрий.

Наблюдаемые слабые эффекты стресс-воздействия в вечернее время предположительно связаны с естественной хроноструктурой интактного сердца. В вечернее время суток у интактных животных имеется естественное снижение сократительной функции сердца, вследствие чего, вероятно, введенный алкоголь начинает использоваться как донатор энергии (по крайней мере, в рамках нашего эксперимента). Недоокисленные и восстановленные соединения становятся субстратами окисления, не оказывая токсических эффектов.

Отсутствие видимых на органно-клеточном уровне изменений, вызванных вечерним введением алкоголя, делает необходимым углубление исследований до молекулярного уровня.

При анализе суточной динамики изменений показателя дефицита буферных оснований (Рис.28) у животных опытной и контрольной групп были выявлены достоверные отличия (р<0,05). Выраженность градиента ВЕ в утренние и вечерние часы была неодинаковой. Градиент дефицита буферных оснований между опытной и контрольной группами более выражен в вечерние часы.

Значимая выраженность (р<0,05) у алкоголизированных животных (по отношению к контрольной группе) метаболического ацидоза позволяет сделать заключение об активации гликолиза в процессе элиминации этанола у особей этой группы.

Для показателя дефицита буферных оснований у животных, не получавших алкоголя, характерна четко выраженная суточная динамика. У алкоголизированных животных происходит нарушение суточной хроноструктуры.

Введение

алкоголя вызывает достоверное снижение уровня активной реакции крови по отношению к аналогичному показателю у животных контрольной группы (Рис.29).

Алкоголь вызывает существенные нарушения в газовом состоянии крови. Развитие гипокапнии у животных опытной группы в вечерние часы (Рис.30) является компенсаторной реакцией на метаболический ацидоз, которая возникает вследствие гипервентиляции легких (Ю.А.Агапов, 1968).

Оценивая в целом степень нарушений кислотно-основного состояния (КОС) и состава газов крови, следует сделать заключение о развитии после алкоголизации субкомпенсированного метаболического ацидоза с удовлетворительной дыхательной компенсацией. Нарушения в циркадианной временной организации показателей кислотно-основного состояния и газового состава крови, после введения алкоголя, свидетельствуют о состоянии глубокой внутренней десинхронизации.

Таким образом, можно утверждать, что исходное состояние хроноструктуры циркадианного ритма сердечно-сосудистой системы определяет направленность и степень повреждения сердца при модельном стресс-воздействии. Алкоголь, введенный в вечернее время, вызывает меньшее повреждающее действие, и достижение конечной цели — образование необходимого количества АТФ — решается адекватно запросам такой важнейшей структуры организма, как миокард. Поэтому гомеостатическая функциональная система обеспечивает организму нужный конечный результат (сохранение сократительной функции миокарда на должном уровне), хотя отдельные функции и параметры (кислотно-основное состояние и состав газов крови) при этом весьма значительно отличается от нормы.

Введение

алкоголя в утреннее время приводит к глубоким ответным процессам, затрагивающим несколько функциональных систем. Также как и в вечерней опытной группе, наблюдаются явления внутренней десинхронизации на уровне показателей кислотно-основного состояния (КОС). Однако, если введение алкоголя в вечерние часы не вызывает нарушений на клеточном уровне, то в утренней группе отмечены значительные изменения ультраструктуры миокарда с падением его функции.

Из результатов моделирования адаптационного стресса, вызванного внешними факторами воздействия можно сделать следующие заключения:

В результате воздействия на животных модельного внешнего фактора происходит серьезное нарушение механизмов нормального функционирования сердца и разобщение взаимоотношений между уровнем сосудистого тонуса и сократительной активностью миокарда.

Наблюдающиеся изменения в деятельности сердца свидетельствуют о возникновении десинхроноза сердечно-сосудистой системы: происходит падение абсолютных значений показателей сократительной функции сердца, то есть снижение его работоспособности;

наблюдаются нарушения в циркадианной временной организации показателей кислотно-основного состояния (КОС) и газового состава крови; происходит нарушение суточной хроноструктуры ритмов, стирание их циркадианной динамики;

направленность и степень повреждения сердца при модельном стресс-воздействии зависит от исходного состояния хроноструктуры циркадианного ритма сердечно-сосудистой системы в момент воздействия внешнего фактора.