Вплив хронічної алкоголізації щурів-самиць на розвиток скоротливого апарату кардіоміоцитів у їх потомства

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Дніпровський державний медичний університет

Вплив хронічної алкоголізації щурів-самиць на розвиток скоротливого апарату кардіоміоцитів у їх потомства

Твердохліб І.В.,

Марченко Д.Г.

м. Дніпро, Україна

Анотація

Відомості про формування скоротливого апарату серця і розподіл міофібрил у кардіоміоцитах після внутрішньоутробної інтоксикації етанолом залишаються предметом значних дискусій. Мета цієї роботи визначення динаміки постнатальних змін ультраструктурних параметрів міофібрил кардіоміоцитів шлуночків серця щурів після хронічної алкоголізації материнського організму. Об'єктом дослідження слугували серця потомства щурів у різні терміни від народження до зрілого віку в моделі хронічної алкогольної інтоксикації материнського організму. За допомогою трансмісійної електронної мікроскопії визначені кількісні параметри міофібрил кардіоміоцитів різних зон міокарда шлуночків. Встановлено, що хронічна алкогольна інтоксикація материнського організму призводить до пригнічення саркомерогенезу та загального зниження вмісту міофібрил у серці при народженні потомства. Це супроводжувалося істотним зростанням абсолютної питомої площі поверхні міофібрил та порушенням їх просторової орієнтації в субендокардіальних серцевих міоцитах лівого шл уночка та інтрамуральних зонах стінки обох шлуночків. Міокард зрілого потомства щурів у моделі хронічної алкоголізації материнського організму зберігав необоротні ушкодження скоротливого апарату у вигляді значно редукованої щільності упакування міофібрил, істотно збільшеної абсолютної питомої площі поверхні міофібрил і порушенні орієнтації міофібрил.

Ключові слова: пренатальний онтогенез, щури, алкогольна інтоксикація, серце, міокард шлуночків, міофібрили, ультраструктура.

Дослідження проведено в рамках науково-дослідної роботи «Гістогенез компонентів серцево-судинної системи людини та лабораторних тварин в нормі та за умов експерименту» (номер державної реєстрації 0118U004730).

Annotation

Tverdokhlib I.V., Marchenko D.G. Ffects of chronic maternal alcoholization on the cardiomyocyte contractility in rat offspring's

The effects of intrauterine alcohol exposure on heart development, specifically the contractile apparatus and myofibril distribution within cardiomyocytes, remain controversial. Aim: This study investigates the postnatal dynamics of myofibril ultrastructure in rat ventricular cardiomyocytes following chronic maternal alcohol exposure. Methods: We analyzed cardiac tissue from offspring of chronically alcoholized rats at various postnatal stages using transmission electron microscopy. Quantitative parameters of cardiomyocyte myofibrils in different ventricular myocardial zones were assessed. Results: Chronic maternal alcohol exposure appeared to inhibit sarcomere-genesis and reduced overall myofibril content in the hearts of newborn offspring. Furthermore, we observed increased myofibril surface area and disrupted spatial orientation in subendocardial left ventricular cardiomyocytes and intramural zones of both ventricles. Even in mature offspring, the myocardial contractile apparatus remained irreversibly damaged, exhibiting reduced myofibril density, increased surface area, and disrupted orientation.

Key words: prenatal ontogenesis, rats, alcohol intoxication, heart, ventricular myocardium, myofibrils, ultrastructure.

Вступ

Загрозливі темпи зростання рівня вживання алкоголю серед жінок репродуктивного віку в поєднанні з незапланованою вагітністю багаторазово підвищують ризик розвитку фетального алкогольного синдрому та інших пренатальних і перинатальних розладів [1, 2, 3]. Припускають, що високі рівні етанолу, навіть тимчасові, на критичній стадії ембріонального розвитку можуть бути більш шкідливими, ніж вся тривалість алкогольної інтоксикації матері [4]. Експериментальні та клінічні дослідження продемонстрували, що етанол вільно дифундує через плаценту і швидко накопичується в навколоплідних водах, що призводить до численних ушкоджень плода [5].

Алкоголь та його метаболіти є тератогенними і токсичними для всіх органів плода, в тому числі для серця [6, 7]. Під час пренатального розвитку вони впливають на широкий спектр метаболічних шляхів від зміни активності ДНК метилтрансфераз, які контролюють глобальну епігенетику розвитку плода [8], до активації окисного стресу, який змінює характер синтезу білків, мітохондріальне дихання, регуляцію клітинного апоптозу [9]. Попередні дослідження показали, що аутофагія також може бути механізмом кардіотоксичності етанолу за рахунок протеїнкінази, активованої аденозинмонофосфатом, з подальшим ушкодженням метаболізму глюкози та ліпідів [10].

У морфологічних і молекулярно-біологічних дослідженнях доведено, що тривала дія етанолу пригнічує синтез і викликає деградацію структурних білків кардіоміоцитів, особливо білків міофібрил актину, міозину, тітину, небуліну, тропоніну, тропоміозину [11, 12, 13]. Це призводить до ушкодження міофібрил, їх стоншення, дезорієнтації, втрати цілісності, спотворення конфігурації телофрагм та вставних дисків [11, 14]. Показано, що в кардіоміоцитах за умов дії етанолу можна визначити міофібрили як у релаксованому, так і в надмірно скороченому стані. Значне стоншення міофібрил або їх лізис поряд із редукцією Ата І-дисків виявляються у навколоядерній зоні кардіоміоцита [15, 16]. Серцеві міоцити можуть розвивати функціональний і структурний компенсаторні механізми, здатні мінімізувати або відновити спричинене етанолом пошкодження. Зокрема, на ранніх етапах хронічної алкоголізації спостерігається клітинна гіпертрофія для компенсації скоротливої дисфункції, проте тривалий вплив етанолу призводить до незворотних процесів у структурі та функціонуванні кардіоміоцитів, причому найчутливішими до токсичної дії алкоголю внутрішньоклітинними органелами є міофібрили та мітохондрії [11, 15].

Хоча дослідження із запровадженням різних методичних підходів дозволили отримати дані про основні етапи розвитку скоротливого апарату міокарда та механізми його енергозабезпечення [17, 18, 19, 20, 21], проте відомості про формування і розподіл міофібрил у кардіоміоцитах під впливом токсичних факторів, у тому числі за умов внутрішньоутробної інтоксикації етанолом, залишаються предметом значних суперечок. Складнощі полягають, насамперед, в ідентифікації подій міофібрілогенезу після введення токсичних речовин експериментальним тваринам. Вирішення цього завдання, що пов'язане з дослідженням впливу алкоголізації материнського організму на серце ембріонів і плодів, можна застосувати як базові знання для подальшого вивчення спектру захворювань серцевосудинної системи, що індукуються внаслідок пренатальної дії алкоголю.

Мета дослідження. Визначення динаміки постнатальних змін ультраструктурних параметрів міофібрил кардіоміоцитів шлуночків серця щурів після хронічної алкоголізації материнського організму.

Матеріали та методи дослідження. Об'єктом дослідження слугували серця потомства білих безпородних щурів у різні терміни від народження до зрілого віку. Для відтворення умов внутрішньоутробної алкогольної інтоксикації була використана модель, що описана у публікації Becker H.C. [22]. Було проведено три етапи хронічної алкоголізації з використанням різних концентрацій етанолу. Тривалість першого етапу становила два тижні. Протягом цього часу тварини знаходилися на звичайній дієті, але замість води отримували 5%-ний розчин етанолу. На другому етапі (також 2 тижні) щури-самиці отримували 15%-ний розчин етанолу. Після запліднення починався третій етап, на якому вагітні щури-самиці протягом 2 тижнів отримували 20%-ний розчин етанолу. На 14-у добу після запліднення самиці позбавлялися доступу до розчину етанолу та отримували звичайну питну воду. Після народження потомства тварин мертвили за допомогою передозування ефірного наркозу та вилучали серця для подальшого ультраструктурного аналізу у такі терміни: новонароджені, через 7, 14, 28 діб після народження і у зрілих щурів, народжених від матерів після хронічної алкоголізації. Дослідження виконувались у відповідності до принципів Хельсінкської декларації, прийнятої Генеральною асамблеєю Всесвітньої медичної асоціації (2000), «Загальних етичних принципів експериментів над тваринами», що затверджені І Національним конгресом з біоетики (Київ, 2001) згідно з положеннями «Європейської конвенції по захисту хребетних тварин, що використовуються в експериментах та інших навчальних цілях» [23].

Для дослідження структур скоротливого апарату кардіоміоцитів зразки міокарда правого та лівого шлуночків і міжшлуночкової перегородки фіксували при температурі +2^оС протягом 3-4 годин у 2,5%-ному розчині глютаральдегіду (виготовленому на 0,2M фосфатному буфері (рН = 7,4) з наступною постфіксацією протягом 1 години у 1%-ному забуференому (рН = 7,4) розчині тетроксиду осмію («SPI», сШа), зневодненням у спиртах зростаючої концентрації і пропіленоксиді та виготовленням епоксидних блоків з використанням композиції епон-аралдіт. Ультратонкі зрізи виготовляли на ультрамікротомі УМТП-6М («SELMI», Україна) та розміщали на мідних опорних сітках Mesh Regular Grid 200 («SPI», США). Подвійне контрастування проводили за методом Рейнольдса [24]. Дослідження проводили за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа ПЕМ-100-01 («SELMI», Україна) при напрузі прискорення 65-90 кВ і первинних збільшеннях від 2000 до 25000 за стандартною схемою [24, 25]. Ділянки препаратів вивчались за оригінальною модифікацією методу [26] та були фотодокументовані на монохромну плівку «Agfa» з подальшим відцифровуванням сканером Canon CanoScan 9000F.

Кількісну оцінку ультраструктурних змін проводили за допомогою морфометричного визначення щільності упакування міофібрил, абсолютної питомої площі поверхні міофібрил і ступеня їх орієнтації з використанням програмного пакету ImageJ 1,47v за принципами стереометрії [27]. Для аналізу впливу етанолу на формоутворення скоротливого апарату вивчали кардіоміоцити субепікардіальної (СЕП), інтрамуральної (ІМЗ) і субендокардіальної (СЕН) зон стінки лівого (ЛШ) та правого шлуночків (ПШ), а також лівої (ЛШЧ) та правої (ПШЧ) частин міжшлуночкової перегородки (МШП).

Визначення статистичної значущості відмінностей між експериментальною групою (після дії етанолу на материнський організм) та групою інтактних тварин (нормальний розвиток) проводили з урахуванням критерію t Стьюдента. У тому випадку, якщо отримане в дослідженні емпіричне розподілення не відповідало нормальному закону, оцінку відмінностей між вибірками оцінювали за допомогою непараметричного критерію Вілкоксона для пов'язаних вибірок та Манна-Уітні для непов'язаних вибірок або із використанням рангового критерію Ван-дер-Вардена. При проведенні біостатистичної обробки отриманих квантифікованих результатів усі необхідні розрахунки виконували в оболонці електронної таблиці Excel при використанні відповідних формул і з використанням ліцензійної програми STATISTICA (версія 6.1; серійний номер AGAR 909 E415822FA).

Результати дослідження

У новонароджених щурів за умов нормального розвитку найвищі значення щільності упакування міофібрил (24,9±1,8%) визначалися у кардіоміоцитах СЕП ЛШ. У складі ІМЗ і СЕН ЛШ вміст міофібрил у цитоплазмі серцевих міоцитів суттєво поступався клітинам СЕП. У міокарді ПШ щільність упакування скоротливих структур розподілялася рівномірно по досліджуваних зонах міокарда, помітно поступаючись величині параметра в СЕП ЛШ. Значення щільності упакування міофібрил у щурів експериментальної групи достовірно не відрізнялися від нормальних значень у СЕН, СЕП міокарда шлуночків та у МШП, проте в ІМЗ міокарда, яка займала переважну частину вільної стінки шлуночків, суттєво поступалися відповідним показникам інтактних щурів на 35,5% (р<0,05) у ЛШ та на 36,0% (р<0,05) у ПШ.

Рівень абсолютної питомої площі поверхні міофібрил у кардіоміоцитах новонароджених щурів експериментальної групи достовірно не відрізнявся від відповідних значень показника при нормальному розвитку у СЕН, СЕП обох шлуночків та у МШП. Однак, величина параметра в ІМЗ перевершувала нормальні величини на 36,7% (р>0,05) у ЛШ та на 35,8% (р<0,05) у ПШ.

Після дії етанолу на материнський організм у новонароджених щурів значення ступеня орієнтації міофібрил у складі всіх зон міокарда обох шлуночків суттєво відрізнялися від нормальних значень. Зокрема, величина параметра достовірно поступалася нормі: у СЕН на 21,8% у ЛШ та на 22,6% у ПШ, в ІМЗ на 36,4% у ЛШ та на 36,5% у ПШ, у СЕП на 20,7% у ЛШ та на 24,2% у ПШ. Також значення параметра у МШП статистично вагомо поступалися відповідним величинам інтактних щурів на 20,4% у ЛШЧ та на 23,4% у ПШЧ.

Значення щільності упакування міофібрил після дії етанолу на 7-у добу постнатального онтогенезу в усіх зонах шлуночкового міокарда не мали суттєвої різниці у порівнянні з величиною параметра новонароджених щурів. Різниця між величинами МШП на 7-у добу, у порівнянні зі значеннями новонароджених щурів, була статистично недостовірною. Однак, рівень щільності упакування міофібрил у кардіоміоцитах МШП у ЛШЧ на 29,0% (р<0,05) перевищував дані значення у ПШЧ. Відносно попереднього терміну експерименту рівень параметра підвищився в ІМЗ у ЛШ на 28,3% (р<0,05) та у ЛШЧ на 21,6% (р<0,05). Значення параметра у кардіоміоцитах обох шлуночків серця щурів експериментальної групи достовірно не відрізнялися у СЕН, СЕП та МШП від контрольного рівня. Навпроти, в ІМЗ величина параметра поступалася відповідним нормальним показникам на 30,3% (р<0,05) у ЛШ та на 33,1% (р<0,05) у ПШ.

За умов нормального розвитку значення абсолютної питомої площі міофібрил різних зон шлуночкового міокарда щурів на 7-у добу постнатального онтогенезу, в порівнянні з показниками новонароджених щурів, суттєво відрізнялись між собою. Зокрема, величина параметра достовірно зростала у СЕП на 39,8% у ЛШ і на 66,6% у ПШ, в ІМЗ на 52,8% у ЛШ і на 65,8% у ПШ, у СЕН на 21,4% у ПШ. Однак, рівень показника у СЕН ЛШ статистично вагомо не змінювався порівняно з величиною новонароджених щурів. Значення параметра у кардіоміоцитах МШП статистично вагомо перевищували рівні відповідних показників у серці новонароджених щурів на 55,3% у ЛШ та 71,4% у ПШ. Встановлено, що після дії алкоголю на 7-у добу постнатального онтогенезу величина абсолютної питомої площі поверхні міофібрил підвищувалася у СЕП на 35,4% у ЛШ та на 73,6% у ПШ, в ІМЗ на 41,7% у ЛШ, та на 64,1% у ПШ, у СЕН на 20,0% у ПШ, у МШП на 53,4% у ЛШЧ, та на 70,5% у ПШЧ. Значення параметра у СЕП, у ЛШ достовірно не відрізнялися від значень показника новонароджених щурів. Алкогольна інтоксикація материнського організму призводила до зростання рівнія абсолютної питомої площі поверхні міофібрил кардіоміоцитів шлуночків через 7 діб після народження потомства в ІМЗ міокарда: на 33,9% (р>0,05) у вільній стінці ЛШ та на 37,6% (р<0,05) у ПШ. На відміну від цих змін, у кардіоміоцитах СЕН і СЕП шлуночків та у МШП коливання параметра не перевищували рівня статистичної значущості у порівнянні з нормою.

При нормальному розвитку значення ступеня орієнтації міофібрил на 7-у добу постнатального онтогенезу, у порівнянні з показниками новонароджених щурів, суттєво відрізнялися між собою. Зокрема, значення параметра шлуночкового міокарда достовірно зросли у СЕН на 25,4% у ЛШ і на 26,2% у ПШ, у СЕП на 32,9% у ЛШ та на 16,1% у ПШ. Рівень показника МШП статистично вагомо підвищувався на 52,5% у ЛШ та 50,5% у ПШ. Однак, значення параметра в ІМЗ статистично вагомо не змінювалися у порівнянні з величиною показника новонароджених щурів. Після алкоголізації материнського організму через 7 діб після народження потомства значення параметра статистично вагомо відрізнялися від величини показника новонароджених щурів. Значення ступеня орієнтації вірогідно підвищувалися у СЕН на 61,2% у ЛШ та на 100% у ПШ, у СЕН на 34,8% у ПШ та на 36,% у ЛШ, у МШП на 52,9% у ЛШЧ та на 53,3% у ПШЧ. Величина параметра в ІМЗ достовірно не відрізнялася від значень новонароджених щурів експериментальної групи. На 7-у добу постнатального розвитку щурів експериментальної групи ступінь орієнтації міофібрил достовірно не відрізнявся від норми у СЕН та у СЕП, однак величина параметра в ІМЗ поступалася відповідним показникам інтактних щурів на 39,9% (р<0,05) у ЛШ та на 41,0% (р<0,05) у ПШ. Значення ступеня орієнтації міофібрил МШП зменшувалися на 20,0% (р<0,05) у ЛШ та 22,0% (р<0,05) у ПШ порівняно з нормальним розвитком.

На 14-у добу постнатального онтогенезу в кардіоміоцитах інтактних щурів величина щільності упакування міофібрил достовірно підвищувалася в ІМЗ у ЛШ на 34,3% та у ПШ на 34,7% та у МШП у ЛШЧ на 27,1% та у ПШЧ на 30,2% у порівнянні з 7-ю добою розвитку. Різниця між значеннями щільності упакування інших зон шлуночкового міокарда не була суттєвою. Після алкоголізації материнського організму зміни параметра у різних досліджуваних ділянках міокарда шлуночків на 14-у добу постнатального онтогенезу, у порівнянні зі значеннями попереднього терміну експерименту, суттєво розрізнялися між собою. Зокрема, щільність упакування міофібрил достовірно зростала в ІМЗ на 33,7% у ЛШ і на 61,0% у ПШ, у СЕН на 20,0% у ПШ, однак величина параметра у СЕН ЛШ статистично вагомо не змінювалася. Значення показників МШП статистично вагомо перевищували показники попереднього терміну дослідження на 33,8% у ЛШ та 24,7% у ПШ. На 14-у добу постнатального онтогенезу після дії алкоголю значення щільності упакування міофібрил у міокарді СЕП обох шлуночків та у СЕН ПШ, а також в обох частинах МШП суттєво не відрізнялись від відповідних нормальних значень. На відміну від цього, значення параметра достовірно зменшувалися у СЕН ЛШ на 20,0%, в ІМЗ на 30,5% у ЛШ та на 20,0% у ПШ.

При нормальному розвитку на 14-у добу постнатального онтогенезу спостерігалось підвищення рівня ступеня орієнтації міофібрил у СЕП та в ІМЗ, в той час як величина параметра у СЕН та у МШП достовірно не відрізнялася від значень 7-ї доби розвитку. Значення параметра були підвищеними на 31,5% (р<0,05) у ЛШ та 37,2% (р<0,05) у ПШ у клітинах, розташованих під ендокардом, а також на 35,2% (р<0,05) у ЛШ та на 44,4% (р<0,05) у ПШ в ІМЗ. Після дії алкоголю на материнський організм протягом 14-ї доби постнатального розвитку потомства спостерігалося статистично значуще зростання ступеня орієнтації міофібрил відносно значень, встановлених на 7-у добу експерименту: у складі СЕП на 23,0% у ЛШ та на 42,1% у ПШ, в ІМЗ на 45,7% у ЛШ та на 57,1% у ПШ. Рівень параметра в обох частинах МШП достовірно не відрізнявся від значень ступеня орієнтації міофібрил 7-ї доби розвитку. У тварин експериментальної групи у порівнянні з інтактними щурами величина параметра достовірно знижувалася: у СЕН на 23,1% у ЛШ, в ІМЗ на 35,6% у ЛШ та на 24,2% у ПШ. Однак, значення параметра у СЕП обох шлуночків та у СЕН ПШ суттєво не відрізнялись від відповідних нормальних значень. Ступінь орієнтації міофібрил МШП зменшувалися на 20,0% (р<0,05) у ЛШ та на 21,4% (р<0,05) у ПШ порівняно з показниками нормального розвитку.

На 28-у добу постнатального розвитку рівень щільності упакування міофібрил в ІМЗ перевищував на 27,3% у ЛШ і на 29,4% у ПШ відповідні показники СЕП; аналогічне збільшення спостерігалося відносно СЕН на 30,2% у ЛШ і 32,1% у ПШ. В експериментальній групі тварин значення щільності упакування міофібрил на 28-у добу постнатального онтогенезу, у порівнянні з 14-ю добою, достовірно не змінювалися в усіх досліджуваних зонах шлуночкового міокарда. Алкоголізація материнського організму призводила до суттєвого зменшення щільності міофібрил відносно нормальних значень: у СЕН на 20,8% у ЛШ, в ІМЗ на 31,2% у ЛШ та на 20,2% у ПШ. Однак, рівні параметра у кардіоміоцитах СЕП обох шлуночків та у СЕН ПШ, а також в обох частинах МШП статистично вагомо не відрізнялись від показників інтактних щурів.

На 28-у добу постнатального онтогенезу значення абсолютної питомої площі міофібрил у різних зонах шлуночкового міокарда за умов нормального розвитку суттєво не змінювалися відносно значень, встановлених на 14-у добу після народження. Було встановлено, що на 28-у добу після народження після дії алкоголю значення показника достовірно переважали нормальний рівень: у міокарді СЕН ЛШ на 24,4%, в ІМЗ на 34,8% у ЛШ та на 20,7% у ПШ. При нормальному розвитку щурів на 28-у добу після народження всі показники ступеня орієнтації міофібрил, у порівнянні з 14-ю добою, достовірно не відрізнялись в ІМЗ, у СЕН та у МШП. Однак, значення показника у СЕП перевищували рівень 14-ї доби розвитку на 25,7% (р<0,05) у ЛШ та на 23,9% (р<0,05) у ПШ. В експериментальній групі тварин значення ступеня орієнтації міофібрил у період від 14-ї до 28-ї доби постнатального розвитку достовірно зростали в ІМЗ ПШ на 50,2%, у ПШЧ міжшлуночкової перегородки на 26,3%. Значення параметра в інших досліджуваних зонах міокарда статистично вагомо не змінювалися порівняно з параметрами 14-ї доби після народження.

Протягом 28-ї доби постнатального онтогенезу у щурів експериментальної групи у порівнянні з нормою спостерігалося зменшення упорядкування міофібрил у кардіоміоцитах СЕН Лш на 23,0%, в ІМЗ на 35,3% у ЛШ та на 21,7% у ПШ. Значення параметра у СЕП обох шлуночків, у СЕН ПШ та в обох частинах МШП статистично вагомо не відрізнялись від нормальних значень.

Значення щільності упакування шлуночкового міокарда зрілих щурів за умов нормального розвитку в кардіоміоцитах ІМЗ, як і на 28-у добу, були значно вищими за параметри в інших досліджуваних зонах шлуночкового міокарда. Щільність упакування міофібрил в ІМЗ була вищою на 24,1% у ЛШ і на 28,9% у ПШ у порівнянні з показниками у СЕП та на 29,5% у ЛШ та 32,9% у ПШ порівняно з показниками у СЕН. Показники МШП у серці зрілих тварин не мали суттєвої різниці між собою. У шлуночковому міокарді зрілих щурів експериментальної групи значення щільності упакування міофібрил у кардіоміоцитах СЕП обох шлуночків та у СЕН ПШ, а також в обох частинах МШП статистично вагомо не змінювалися у порівнянні з нормою. Проте, у серці тварин даної групи спостерігалося статистично вагоме зменшення вмісту міофібрил у СЕН ЛШ на 22,9%, в ІМЗ обох шлуночків на 30,0% у ЛШ та на 21,2% у ПШ.

Значення ступеня орієнтації міофібрил у різних досліджуваних зонах міокарда шлуночків зрілих щурів при нормальному розвитку достовірно не відрізнялись від величин показника 28-ї доби розвитку. Рівень показника в усіх зонах міокарда зрілих тварин контрольної групи не мав суттєвої різниці між собою, за виключенням параметра у міокарді МШП. Зокрема, значення показника у ЛШЧ зрілого міокарда у порівнянні з 28-ю добою нормального розвитку збільшувалося на 25,7% (р<0,05), у ПШЧ на 23,7% (р<0,05). В експериментальній групі зрілих щурів значення ступеня орієнтації міофібрил суттєво поступалися відповідним показникам нормального розвитку: у СЕН ЛШ на 23,7%, в ІМЗ на 33,1% у ЛШ та на 21,7% у ПШ. Зміни параметра у СЕП обох шлуночків, у СЕН ПШ та у міокарді обох частин МШП при порівнянні з нормою не сягали рівня статистичної значущості.

Обговорення одержаних результатів

постнатальний міофібрил кардіоміцит алкоголізація щур

Отримані дані про нерівномірну динаміку постнатальних змін щільності упакування міофібрил у залежності від локалізації кардіоміоцитів у стінці шлуночків серця потомства щурів після алкоголізації материнського організму узгоджуються з сучасними уявленнями про докорінні перетворення центральної гемодинаміки при народженні і вказують на критичне навантаження під час залучення міокарда правого шлуночка до нових умов легеневого кровообігу [8, 9]. За нашими результатами, на початку постнатального періоду в групі інтактних щурів досліджувані параметри розвитку скоротливого апарату в ПШ помітно випереджали відповідні показники кардіоміоцитів ЛШ, в той час як пренатальна дія етанолу значно порушувала означені перебудови.

У новонароджених щурів за нормальних умов розвитку продовжувалося зростання щільності упакування та абсолютної питомої площі поверхні міофібрил при відносній стабілізації значень ступеня їх орієнтації. На наш погляд, а також у відповідності до сучасних уявлень про роль протеасом у внутрішньоклітинних перебудовах [28], це пов'язано з інтенсивним накопиченням та заповненням значного об'єму кардіоміоцитів міофібрилами, що слугувало передумовою та передувало процесам їх просторового впорядкування. Рання постнатальна динаміка параметрів скоротливого апарату кардіоміоцитів ІМЗ і СЕП була дуже активною та віддзеркалювала ту обставину, що протягом перших тижнів після народження темпи розвитку міофібрил у серцевих міоцитах цих зон максимально прискорювались для підготовки до виконання визначальної ролі ІМЗ і СЕП у забезпеченні скоротливої функції шлуночків, що відповідає особливостям гемодинаміки серця в цей період [8, 9]. За результатами нашого дослідження, хронічна алкоголізація материнського організму обумовлювала значний дисбаланс означених механізмів.

За умов нормального розвитку на тлі сталих скоротливих характеристик кардіоміоцитів у складі СЕН, після поступового уповільнення динаміки досліджуваних параметрів ІМЗ, СЕП і обох частин МШП протягом першого місяця постнатального онтогенезу в міокарді інтактних щурів відбувалася стабілізація ультраструктури скоротливого апарату кардіоміоцитів на рівні, наближеному до дефінітивного стану. Характер ушкоджень міофібрил після пренатальної дії алкоголю узгождується з уявленнями про токсичну дію даного чинника на структуру та функцію кардіоміоцитів [3, 7, 13, 15], а отримана у цьому дослідженні кількісна характеристика постнатальних змін суттєво уточнює патологічні перебудови скроротливого апарату як провідних наслідків ушкодженого пренатального розвитку [11, 29]. Звертає на себе увагу той факт, що динаміка пригнічення саркомерогенезу та загального зниження вмісту міофібрил після дії алкоголю щільно пов'язана з ушкодженням архітектоніки скоротливого апарату кардіоміоцитів та з даними про деструкцію мітохондрій, як це було доведено результатами досліджень на моделях гіпоксичних станів та за умов інших токсичних впливів [17, 18]. Отримані в нашій роботі результати підтверждують та деталізують загальну модель міофібрилогенезу [30, 31], зокрема стосовно тих провідних ультраструктур, які найбільшою мірою чутливі до тривалої токсичної дії алкоголю в пренатальному періоді.

Висновки

1. Хронічна алкогольна інтоксикація материнського організму призводить до пригнічення саркомерогенезу та загального зниження вмісту міофібрил у кардіоміоцитах шлуночків серця потомства. У новонароджених щурів експериментальної групи щільність упакування міофібрил у кардіоміоцитах ІМЗ міокарда суттєво поступалася відповідним показникам інтактних щурів на 35,5% (р<0,05) у ЛШ та на 36,0% (р<0,05) у ПШ, що супроводжувалося істотним зростанням абсолютної питомої площі поверхні міофібрил та порушенням їх просторової орієнтації.

2. Через 28 діб після народження потомства від щурів-самиць, які зазнали дії хронічної алкогольної інтоксикації, спостерігалася суттєва редукція вмісту міофібрил у субендокардіально локалізованих кардіоміоцитах ЛШ на 20,8% (р<0,05), а також в інтрамуральних зонах обох шлуночків на 31,2% у ЛШ (р<0,05) та на 20,2% у ПШ (р<0,05). Порушення внутрішньоклітинної архітектоніки були частково компенсованими у СЕП вільних стінок обох шлуночків і в міокарді обох частин МШП.

3. Міокард зрілого потомства щурів у моделі хронічної алкоголізації материнського організму зберігав необоротні ушкодження скоротливого апарату у вигляді значно редукованої щільності упакування міофібрил, істотно збільшеної абсолютної питомої площі поверхні міофібрил, асоційованих з порушенням їх орієнтації у кардіоміоцитах СЕН ЛШ та ІМЗ обох шлуночків.

Перспективи подальших досліджень. Передбачається проведення електронно-мікроскопічного аналізу внутрішньоклітинних структур, які беруть участь в енергетичному забезпеченні скоротливої функції кардіоміоцитів.

References

1. Denny C.H., Acero C.S., Terplan M., Kim S.Y. Trends in alcohol use among pregnant women in the USA. Am. J. Prev. Med. 2020; 59:768-769.

2. Manthey J., Shield K.D., Rylett M., Hasan O.S.M., Probst C., Rehm J. Global alcohol exposure between 1990 and 2017 and forecasts until 2030: A modelling study. Lancet. 2019;393:2493-2502.

3. Popova S., Dozet D., Shield K., Rehm J., Burd L. Alcohol's Impact on the Fetus. Nutrients. 2021;13(10):3452-3455.

4. Hannigan J.H., Abel E.L. Animal models of fetal alcohol syndrome. In: Alcohol, Pregnancy and the Developing Child. Cambridge University Press; 1996. p. 77-102.

5. Underwood M.A., Gilbert W.M., Sherman M.P. Amniotic fluid: Not just fetal urine anymore. J. Perinatol. 2005; 25:341-348.

6. Popova S., Lange S., Probst C., Gmel G., Rehm J. Global prevalence of alcohol use and binge drinking during pregnancy, and fetal alcohol spectrum disorder. Biochem. Cell Biol. 2018; 96:237-240.

7. Mackus M., Loo A.J.V., Garssen J., Kraneveld A.D., Scholey A., Verster J.C. The Role of Alcohol Metabolism in the Pathology of Alcohol Hangover. Clin Med. 2020;9(11):3421-3424.

8. Pruett D., Waterman E.H., Caughey A.B. Fetal alcohol exposure: consequences, diagnosis, and treatment. Obstet Gynecol Surv. 2013; 68:62-69.

9. Gomez-Roig D.M. Environmental exposure during pregnancy: influence on prenatal development and early life: a comprehensive review. Fetal diagnosis and therapy. 2021;48(4):245-257.

10. Kim A.S., Miller E.J., Young L.H. AMP-activated protein kinase: a core signalling pathway in the heart. Acta Physiol OxfEngl. 2009;196(1):37-53

11. Mashimo K., Ohno Y. Effect of Ethanol on Gene Expression in Beating Neonatal Rat Cardiomyocytes: Further Research with Ingenuity Pathway Analysis Software. J Nippon MedSch. 2021 ;88(3):209-219.

12. Tamborrini D., Wang Z., Wagner T., Tacke S., Stabrin M., Grange M., Kho A.L., Rees M., Bennett P., Gautel M., Raunser S. Structure of the native myosin filament in the relaxed cardiac sarcomere. Nature. 2023;623:863-871.

13. El-Mas M.M., Abdel-Rahman A.A. Role of Alcohol Oxidative Metabolism in Its Cardiovascular and Autonomic Effects. Exp Med Biol. 2019; 1193:1-33.

14. D'Angelo A., Petrella C., Greco A., Ralli M., Vitali M., Giovagnoli R., De Persis S., Fiore M., Ceccanti M., Messina M.P. Acute alcohol intoxication: a clinical overview. Clin Ter. 2022;173(3):280-291.

15. Golovata T.K., Bodnar Y.Ya. Porivnyal'na kharakterystyka ul'trastrukturnykh zmin miokarda shchuriv pry khronichniy alkoholizatsiyi napoyamy riznoyi yakosti ta mitsnosti [Comparative characteristics of ultrastructural changes in the myocardium of rats during chronic alcoholization with drinks of different quality and strength]. Naukovyy visnyk Uzhhorods'koho universytetu. 2008;33:28-31. (Ukrainian)

16. Tsermpini E.E., Plemenitas I.A., Dolzan V. Alcohol-Induced Oxidative Stress and the Role of Antioxidants in Alcohol Use Disorder: A Systematic Review. Antioxidants (Basel). 2022;11(7):1374-1377.

17. Ivanchenko M.V., Tverdokhleb I.V. Vliyaniye vnutriutrobnoy gipoksii na geterogenitet mitokhondriy i puti yego realizatsii pri al'teratsii zheludochkovogo miokarda krys [The influence of intrauterine hypoxia on the heterogeneity of mitochondria and the ways of its implementation during alteration of the ventricular myocardium of rats]. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2014;4(52):101-106. (Russian)

18. Ivanchenko M.V., Tverdokhlib I.V. Formuvannya mitokhondrial'noho aparata skorotlyvykh kardiomiotsytiv v normi ta za umov hipoksychnoho ushkodzhennya kardiohenezu [Formation of the mitochondrial apparatus of contractile cardiomyocytes in normal conditions and under conditions of hypoxic damage to cardiogenesis]. Morphologia. 2013;7(1):5-20. (Ukrainian)

19. Mashtalir M.A., Tverdokhleb I.V. Gistokhimicheskiye, lektingistokhimicheskiye i immunogistokhimicheskiye metody v embriologicheskom issledovanii serdtsa [Histochemical, lectinohistochemical and immunohistochemical methods in the embryological study of the heart]. Morphologia. 2010; 4(2):39-44. (Russian)

20. Tverdokhleb I.V., Shponka I.S. Stereologicheskiye i lektino-gistokhimicheskiye kharakteristiki morfogeneticheskikh mekhanizmov v serdtse mlekopitayushchikh [Stereological and lectinohistochemical characteristics of morphogenetic mechanisms in the mammalian heart]. Ukrainskyi morfologichnyi almanach. 1998; 3:131-132. (Russian)

21. Luis N.M., Schnorrer F. Mechanobiology of muscle and myofibril morphogenesis. Cells Dev. 2021; 168:203760.

22. Becker H.C. Animal models of excessive alcohol consumption in rodents. Curr Top Behav Neurosci. 2013; 13:355-377.

23. Council of Europe. European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes [Internet]. Strasbourg: Council of Europe.

24. Kuo J. Electron microscopy: methods and protocols. Totowa, New Jersey: Humana Press Inc; 2007. 608 p.

25. Hayat М.А. Principles and techniques of electron microscopy: Biological applications. 4th ed. Cambridge: Cambridge University Press; 2000. 543 p.

26. Tverdokhlib I.V., Petruk N.S., Ivanchenko M.V., Silkina Ju.V., Khripkov I.S., Pertseva N.O., Shevchenko K.M., Goodlett T.O., Malkov I.I., Berehovenko I.M., Zinenko D.Yu., Galaida N.O., Varin V.V., inventors; State Institution «Dnipropetrovsk medical academy of the Health Ministry of Ukraine», assignee. Method of determining the coordinates of ultrastructures in transmission electron microscopy of biological objects. Ukrainian patent 83611. 2013 Sep 25. (Ukrainian).

27. Avtandilov G.G. Meditsinskaya morfometriya: rukovodstvo [Medical morphometry: guideline]. Moscow: Meditsina; 1990. 384 p. (Russian).

28. Wang J., Fan Y., Dube S., Agassy N.W., Dube D.K., Sanger J.M., Sanger J.W. Myofibril assembly and the roles of the ubiquitin proteasome system. Cytoskeleton (Hoboken). 2020;77(10):456479.

29. Kamran K., Khan M.Y., Minhas L.A. Atrial and ventricular septal changes in ethanol vapour exposed chick embryos. J Pak Med Assoc. 2015;65(3):296-299.

30. Drew N.K., Grosberg A. Methods of myofibrillogenesis modeling. Methods Mol Biol. 2015; 1299:75-91.

31. Geach T.J., Hirst E.M., Zimmerman L.B. Contractile activity is required for Z-disc sarcomere maturation in vivo. Genesis. 2015;53(5):299307.

Размещено на Allbest.Ru