О.В. Житникова, В.А. Монич, Е.И. Яковлева, М.Л. Смирнова

Государственная медицинская академия; ЦНИЛ, Нижний Новгород

Ультраструктура ишемизированного миокарда при воздействии низкоинтенсивного излучения красной области спектра

Распространенность ишемической болезни сердца обусловила активное изучение нарушений при ишемии и реперфузии метаболизма, функции и ультраструктур миокарда, а также поиски немедикаментозных способов компенсации этих нарушений. Одним из таких способов является воздействие низкоинтенсивным красным светом. Наиболее часто в фототерапии применяется низкоинтенсивное излучение лазеров, в частности, гелиево-неоновых [1, 2]. В качестве альтернативы лазерам широко используется облучение широкополосным светом видимой области спектра [3]. Неспецифические реакции, вызываемые лазерным излучением, могут быть воспроизведены с помощью оптоволоконного источника света, позволяющего получать монохроматизированное излучение шириной спектра 50—70 нм в тонких оптических волокнах [4—6].

В литературе часто приводятся примеры применения низкоинтенсивного красного света [7—11], в то же время механизмы его терапевтического воздействия остаются до сих пор дискуссионными.

Цель работы — изучение морфологии ишемизированных кардиомиоцитов (КМЦ) после воздействия низкоинтенсивного излучения красной области спектра.

Материалы и методы. Работа выполнялась на самцах взрослых белых нелинейных крыс массой 200—250 г. Все экспериментальные животные (60 особей) были разделены на контрольную и две опытные группы. Для исследования была использована модель изолированного сердца по методу Лангендорфа—Фалена. Через 15 мин перфузии моделировалась 30-минутная ишемия с последующей 15-минутной реперфузией.

В качестве источников низкоинтенсивного излучения использовались He—Ne-лазер (l=632,8 нм) и оптоволоконный источник (l=640—680 нм), разработанный на кафедре медицинской физики и информатики НГМА [12]. Для исследования влияния низкоинтенсивного красного света в период реперфузии дистальный конец световода подводился к левому желудочку на расстояние 1 мм от поверхности ткани. В контрольной группе облучения не проводилось. Режим воздействия был непрерывным.

Забор образцов ткани проводили на следующих этапах: на 15-й минуте перфузии, на 30-й минуте ишемии, на 15-й минуте реперфузии. Для электронно-микроскопического исследования образцы ткани левого желудочка фиксировались в 2,5% растворе глютаральдегида с последующей фиксацией 1% раствором четырехокиси осмия. После обезвоживания спиртами возрастающей концентрации ткани заливались в эпоксидные смолы — смесь аралдита и эпона 812. Ультратонкие срезы готовились на ультратоме Ultracut, контрастировались по Рейнольдсу. Просмотр проводился на электронном микроскопе марки 100БР.

Результаты и обсуждение. Изучение ультрасрезов после 15 мин перфузии изолированного сердца крыс показало, что изменения КМЦ незначительны, однако миофибриллы (МФ) находились в сокращенном состоянии. Ядра были большей частью с ядрышками, в отдельных КМЦ наблюдалась небольшая маргинация ядерного хроматина. Капилляры миокарда имели широкий просвет и не содержали осмофильного материала и эритроцитов.

После 30-минутной ишемии наиболее характерными изменениями ультраструктуры КМЦ являлись просветление митохондриального матрикса, дезориентация, в некоторых случаях деструкция крист, а также неравномерное сокращение МФ. Ядра в большинстве случаев имели электронно-прозрачную нуклеоплазму без ядрышка. Хроматин находился в виде глыбок и маргинального слоя. В саркоплазме выявлены первичные и вторичные лизосомы. В отдельных случаях имело место нарушение целостности сарколеммы и выход органелл в межклеточное пространство. В капиллярах отмечалось очаговое повреждение эндотелия с нарушением его целостности, обнаружены длинные выросты эндотелиальных клеток, выступающие в просвет сосудов, микроклазматоз. В базальном слое выявлены участки отека. Все эти изменения в структуре КМЦ свидетельствуют о развитии патологических процессов в клетке. Однако известно, что изменения, происходящие в ишемическом миокарде после 30-минутной ишемии при восстановлении кровотока (или протока перфузата) в большинстве случаев обратимы [13].

При изучении образцов после 15 мин реперфузии в контрольной серии в КМЦ отмечалась гиперплазия митохондрий (МТХ), большая часть их — с просветленным матриксом или отсутствием его, с деструкцией и фрагментацией крист, в некоторых случаях — с нарушением наружной мембраны. На указанные изменения в МТХ, по-видимому, влияют некоторые нарушения ионного баланса клетки. Структура плазмолеммы оставалась не нарушенной. Ядра КМЦ были преимущественно без ядрышек, отмечалась маргинальная конденсация хроматина, что является морфологическим эквивалентом внутриклеточного ацидоза [13]. Сосуды имели как узкие просветы, так и обычные, эндотелий имел многочисленные складки и выросты люминальной мембраны (рис.1).

Рис. 1. Ультраструктура ишемизированного миокарда при реперфузии в контрольной серии эксперимента

Обращал на себя внимание распространенный отек базального слоя. Таким образом, в постреперфузионном периоде полной нормализации морфологических показателей не отмечалось.

В образцах, подвергшихся воздействию излучения He—Ne-лазера, обнаруживалась гиперплазия МТХ и их полиморфизм, в большинстве случаев они имели небольшой размер. В сарколемме встречались единичные вакуоли. МФ были неравномерно сокращены. Ядра КМЦ, большей частью были без ядрышек, либо ядрышки были эктапированы к кариолемме, однако сохранялось небольшое просветление и набухание кариоплазмы, ядерный хроматин — в маргинальном гетерогенном состоянии. Просветы сосудов сужены, отмечалась сильная степень набухания эндотелия и увеличение количества пиноцитозных пузырьков в цитоплазме эндотелия, что свидетельствует об увеличении обмена веществ. Межклеточного отека не наблюдалось (рис.2).

Рис. 2. Ультраструктура ишемизированного миокарда при воздействии He—Ne-лазера

В случае облучения миокарда люминесцентным красным светом отмечалось значительное увеличение количества МТХ и их гетерогенность. МТХ в большинстве случаев были плотные, с гранулированным матриксом и сохраненной структурой крист. МФ равномерно сокращены. Ядра КМЦ находились в активном состоянии: кариоплазма — без признаков просветления с эухроматином. Большинство ядер были с ядрышками, в некоторых — по два ядрышка. Просветы капилляров расширены, свободны. Эндотелий — обычного вида, местами везикулярный. Межклеточного отека не наблюдалось (рис.3).

Рис. 3. Ультраструктура ишемизированного миокарда при воздействии оптоволоконного источника света

Заключение. Проведенное исследование показало, что реперфузия в контрольной серии экспериментов не приводит к ликвидации возникших в сердечной мышце изменений после ишемии, а даже наоборот, продолжает усугублять их. Облучение низкоинтенсивным красным светом в постишемическом периоде снижает степень реперфузионных повреждений. В первую очередь это проявляется в уменьшении отечности КМЦ и базального слоя, улучшении состояния микроциркуляторного русла. Появление везикулярных и пиноцитозных пузырьков в эндотелии после облучения КМЦ является морфологическим показателем активности транскапиллярного обмена в клетках. Световое воздействие повышает функциональную активность КМЦ, что проявляется в увеличении количества митохондрий и улучшении их морфологического и функционального состояния. Также следует отметить значительное улучшение после облучения низкоинтенсивным красным светом состояния ядерного аппарата КМЦ. Ядра после облучения переходят в активное состояние, о чем свидетельствует наличие эухроматина и ядрышек.

Выявлена разница результатов опытов с воздействием He—Ne-лазера и люминесцентного красного света, которая проявляется в реакции просветов сосудов. При воздействии люминесцентным красным светом просветы капилляров расширены и свободны, что благоприятствует улучшению кровотока и дальнейшей нормализации функционального состояния миокарда, в то время как в ответ на воздействие He—Ne-лазера наблюдается сужение просветов сосудов миокарда, что в дальнейшем может вызвать неблагоприятные последствия при восстановлении функции миокарда.

Литература

1. Девятков Н.Д., Зубкова С.Н., Лапрун И.Б., Макеева Н.С. Физико-химические механизмы биологического действия лазерного излучения. Успехи современной биологии 1987; 103(1): 31—43.
2. Козлов В.И., Буйлин В.А., Самойлев Н.Г., Марков Я.Я. Основы лазерной физио- и рефлексотерапии. Самара — Киев: СМУ - "Здоровье"; 1993; с. 18—52.
3. Посудин Ю.И. Лазерная фотобиология. Киев; 1989. с. 62—198.
4. Монич В.А., Малиновская С.Л., Монич Е.А. Монохроматизированный видимый свет как фактор воздействия на биологические ткани. Нижегород мед журнал 1992; 1: 104—107.
5. Кару Т.Й., Летохов В.С., Лобко В.В., Новиков В.Ф. Светолечение больных язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки на основе стимуляции клеток низкоинтенсивным красным светом. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры 1984; 1: 36—З9.
6. Монич В.А., Абакаров А.Т., Малиновская С.Л., Шапошников В.Л. Влияние монохроматизированного видимого света на функциональное состояние структур головного мозга. Нижегород мед журнал 1992; 2: 43—47.
7. Агов Б.С., Белозерова Л.Н., Колмаков В.Н. Изменение проницаемости эритроцитарных мембран в динамике лазерной терапии у больных ИБС. Применение методов и средств лазерной техники в биологии и медицине. Киев; 1981.
8. Барбараш О.Л., Марцияш А.А., Шейбак Т.В., Чукаева И.И., Корочкин И.М., Сырнев В.В. Стресс-модулирующие эффекты лазеротерапии у больных ИБС. Тер архив 1988; 12: 50—53.
9. Сергиевский В.С., Байков В.А., Гладышева И.П. Илларионов В.Е. Сравнительная экспериментальная характеристика применения красного и ультрафиолетового внутривенного облучения при острой ишемии миокарда.В кн.: Применение лазеров в клинике и эксперименте. Материалы конф. М; 1987; с.113—114.
10. Синюхин В.Н., Яненко Э.К., Сафаров Р.М., Хамаганова Е.Г., Борисик В.И. Влияние эндоваскулярной гелий-неоновой лазерной терапии на иммунный статус больных острым калькулёзным пиелонефритом. Урол и нефрол; 1996; 6: 9—11.
11. Азарова В.В., Попова М.Ф., Ильясова Ш.Г. Влияние аутотрансплантации измельчённой мышечной ткани и последующей лазеротерапии на восстановление облучённой травмированной мышцы. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 1990; 9: 313—316.
12. Монич В.А., Монич Е.А., Голиков В.М., Новиков В.Ф., Гончаренко О.Н. Устройство для облучения световым потоком объектов, преимущественно биологических. Патент РФ № 2007202; 1994.
13. Попович М.И. Токсическое и аутоиммунное повреждение миокарда. Кишинев; 1988.