XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изменение морфометрических показателей ядер кардиомиоцитов сразу после глубокой гипотермии.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Холодовая травма – национальная проблема России, значительная часть которой лежит в холодных ши- ротах, а большая часть субтропиков приходится на высокие горы с ледниками [1].
Высокая доля холодовой травмы в структуре причин смерти связана с несколькими факторами:
- особенностями климата (Россия – страна с относительно холодным климатом, это с вязано с тем, что к заполярным территориям относится около 64% всей площади страны. Для данного климата характерно четкое разделение года на несколько сезонов: холодный и теплый. Для данных сезонов характерны резкие перепады температур. Среднегодовая температура воздуха в России составляет около −5.5 °С.);
- нестабильной социально – экономической ситуацией которая в определённой мере приводит к формированию социально – неблагополучных слоёв населения (лиц без определённого места жительства, лиц употребляющих алкогольные напитки наркотики);
- индивидуальными особенностями организма (снижение устойчивости к низким температурам, снижение общей резистентности организма и др.) [2].
Ведущим методом судебно-медицинской диагностики смерти от холодовой травмы в настоящее время является морфологический. Но возможности этого метода исследованы и используются недостаточно. К настоящему времени описан ряд макро- и микроморфологических признаков смерти от гипотермии, но степень их специфичности и, соответственно, диагностическое значение либо неизвестны, либо оспариваются [3]. Эти признаки возможны и при других причинах смерти либо при несмертельном действии холода. Ответа на вопрос о том, насколько часто подобные признаки встречаются при гибели от других причин, в доступной литературе найти не удалось.
Первое детальное описание микроскопических изменений сердца при смерти от действия низкой температуры привели Асмолова Н.Д., Ривенсон М.С. (1982). Они обнаружили следующее:
1) отек пластов мышечных волокон с явлениями миолиза: саркоплазма неравномерно просветлена, кое-где с оптическими пустотами, местами гомогенная, повышенно эозинофильная, с утратой исчерченности;
2) мышечные волокна набухшие, плотно прилежат друг к другу, границы их нечеткие; они образуют мышечные пласты;
3) острые микроциркуляторные нарушения, преимущественно в местах отека мышечных волокон: полнокровие капилляров и венул, стазы в них, неравномерное кровенаполнение артерий, утолщение их стенок за счет набухания и разволокнения; набухание или пикноз эндотелия; разделение крови на плазму и эритроциты.
4) сдавление межмышечной стромы;
5) огрубение и базофилия периваскулярной стромы;
6) полосы пересокращения;
7) изменения ядер мышечных волокон по типу пикноза или, напротив, набухания и просветления;
8) изменения ядер соединительнотканных клеток по типу пикноза [5].
Огромное внимание вопросам диагностики смерти от гипотермии уделила в своих исследованиях Филиппенкова Е.И. (2011 г.). Анализируя результаты её исследований можно сделать вывод, что признак Асмоловой–Ривенсона не является постоянным и специфичным для смерти от переохлаждения организма [8].
На данный момент существует мнение, что данные изменения связаны в первую очередь с гипоксическим повреждением кардиомиоцитов. Данное суждение подтверждается результатами исследований проводимых Десятовым В.П. (1981 г.), Чудаковым А. Ю. (2000 г.), Капустиным А.В. (2000 г.) [7]. Результаты исследований проведенных Сумбатовым Л.А. (1980 г.) говорят о том, что многие кардиомиоциты остаются интактными несмотря на действие низких температур [6].
На современном этапе развития медицинских знаний в области термических поражений большое значение уделяется изучению морфологических изменений происходящих ядерном аппарате клеток. Однако на данный момент описанные морфологические изменения возникающие в ядрах кардиомиоцитов при гипотермии достаточно скудны. Особого внимания заслуживают результаты исследований проведенных Бобровым И.П. и соавт. (2019 г.), которые показали, что воздействие холодового фактора оказывает повреждающее воздействие на ядра клеток печени экспериментальных животных, при этом отмечаются выраженные морфологические изменения: уменьшение числа двуядерных гепатоцитов, снижение морфометрических параметров ядер, увеличение доли гетерохроматина в ядре, снижении ИНДНК и уменьшение числа нуклеол, с возникновением явлений сегрегации ядрышек [3]. Данные исследования подтверждают важность и практикоориентирвоанность дальнейшего изучения морфологических изменений происходящих в ядрах кардиомиоцитов.
Цель исследования: проанализировать динамику патоморфологических изменений площади и периметра ядер кардиомиоцитов крыс породы Вистар сразу после воздействия однократной глубокой иммерсионной гипотермии.
Задачи исследования:
- описать и исследовать качественными и количественными методами морфологические изменения возникающие в ядрах кардиомиоцитов после гипотермии.
- провести морфометрическое исследование ядер кардиомиоцитов крыс до сразу после воздействия однократной глубокой иммерсионной гипотермии;
- провести анализ полученных результатов, сделать выводы.
Основная часть
Объекты исследования
В качестве объекта исследования использовали 10 белых половозрелых крыс линии Wistar обоего пола. Линии животных были выведены и выращены в виварии НИИ Цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск). Животных, доставленных из центрального вивария, до начала экспериментов содержали на карантине в условиях кафедрального вивария в течение 1-2 недель. За этот срок ослабленных особей выбраковывали, а здоровые животные адаптировались к новым условиям вивария. Содержание животных отвечало международным рекомендациям проведения медико-биологических исследований с использованием животных по правилам GPL. Корм и воду подавали 1 раз в сутки между 10 и 11 часами. На протяжении всего периода эксперимента производилось взвешивание животных, осуществлялось измерение ректальной температуры.
Методика моделирования однократной иммерсионной глубокой гипотермии
Гипотермия моделировалась путем погружения животных, находящихся в клетках, в резервуары с водой на глубину 4,5 см при температуре воды +5 °С, воздуха +7 °С. До достижения ректальная температура у животных +20... +23 °С, в этом случае считали что достигнута гипотермия глубокой степени. Время экперимента в среднем составляло 40 ± 8 минут. Животных выводили из эксперимента путем декапитации под эфирным наркозом через 7 дней после гипотермии. В качестве контрольных выступали 5 животных, помещаемых в индивидуальных клетках в воду температурой +30 °С на время, соответствовавшее времени нахождения опытной группы. При вскрытии животных органы выделяли единым комплексом.
Д
ля гистологического исследования кусочки ткани сердца в течение 24–48 часов фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина, после чего обрабатывали в автомате с последующей заливкой в парафин в станции парафиновой заливки. Срезы толщиной 5–7 мкм изготавливали на роторном микротоме. Препараты окрашивали гематоксилин-эозином. Микрофотографию проводили при помощи микроскопа Leica DM 750 E200 (Германия) с цифровой видеокамерой Leica EC3 (Германия) при увеличении х400. Морфометрию ядер кардиомиоцитов осуществляли в морфометрической программе «ВидеоТест-Морфология 5.2» (Рисунок 1, 2). Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета статистических программ и пакета статистического анализа программы MS Excel 2010.
Рисунок 1. Подготовленный для морфометрии лист с выбранными ядрами кардиомиоцитов контрольной группы в программе «ВидеоТест-Морфология 5.2».
Рисунок 2. Подготовленный для морфометрии лист с выбранными ядрами кардиомиоцитов сразу после гипотермии в программе «ВидеоТест-Морфология 5.2».
Результаты исследований и обсуждение
М
орфологический анализ структуры кардиомиоцитов крыс контрольной группы позволяет выявить следующие особенности: большинство кардиомиоцитов одноядерные, ядра небольших размеров (Рисунок 3). При морфометрическом исследовании периметр ядер кардиомиоцитов составил 31,5 ± 0,8 мкм, средняя площадь ядер кардиомиоцитов составила 51,2 ± 1,9 мкм2.
Рисунок 3. Морфология ядер кардиомиоцитов: в контрольной группе. Окраска гематоксилином и эозином. Увеличение х 400.
Анализ структуры мышечной ткани сразу полсе после воздействия однократной глубокой иммерсионной гипотермии позволяет сделать следующие выводы: наблюдается набухание (отек) мышечных волокон с явлениями миолиза: неравномерное просветление цитоплазмы, образование оптических пустот, утрата исчерченности; нечеткость границ мышечных волокон, образование мышечных пластов; возникновение явлений кариопикноза, ядра мышечных волокон пикнотичные, гиперхромные, сдавление соединительнотканной стромы миокарда, возникновения явления стертости ее границ, базофиилия, выраженное неравномерное наполнение кровью артерий, утолщение стенок артерий за счет отека и набухания, выраженное полнокровие капилляров и венул. При морфометрическом исследовании периметр ядер кардиомиоцитов 29,6 ± 0,7 мкм, средняя площадь ядер кардиомиоцитов составила 48,1 ± 1,9 мкм2.
Рисунок 4. Морфология ядер кардиомиоцитов сразу после глубокой гипотермии. Окраска гематоксилином и эозином. Увеличение х 400.
Кариометрические измерения позволили сделать вывод, что средний периметр ядер кардиомиоцитов сразу после однократной иммерсионной глубокой гипотермии уменьшилась на 7%, средняя площадь ядер кардиомиоцитов сразу после однократной иммерсионной глубокой гипотермии уменьшилась на 6 % (Рисунок 5, 6).
Рисунок 5. Изменение среднего пероиметра ядер кардиомиоцитов крыс сразу после глубокой гипотермии.
Рисунок 6. Изменение средней площади ядер кардиомиоцитов крыс сразу после глубокой гипотермии.
Заключение
В настоящее время изучению вопроса воздействия низких температур на сердечную мышцу человека и животных посвящено большое количество исследований. Основное место в этих исследованиях отводится диагностике и дифференциальной диагностике общего переохлаждения при сочетании этого вида смерти с различными интоксикациями, заболеваниями и иными состояниями. Однако несмотря на большое количество опубликованных на данный момент работ изучение процесса танатогенеза в результате воздействия низких температур от переохлаждения остается сложным и малоизученным процессом.
Накопленные знания позволяют сделать вывод о том, что специфических признаков встречающихся во всех 100% случаев смерти от гипотермии не существует. Любой признак, характерный для гипотермии, хотя бы в единичных случаях встречается и при других причинах смерти. На данный момент практически неизученными остаются морфологические изменения происходящие в ядрах кардиомиоцитов.
Микроскопические изменения имеют разное диагностическое значение: одни заметно чаще встречаются при определенных нозологических формах и могут считаться характерными (но не специфичными) для них; другие возникают при многих причинах смерти, но чаще при определенных, поэтому оцениваются как относительно информативные; третьи указывают лишь на непосредственную причину смерти (острую сердечную недостаточность, фибрилляцию желудочков или асистолию) или ее темп; четвертые встречаются с равной частотой при любых причинах, механизмах и темпах смерти и не должны учитываться при гистологической диагностике.
Анализ структуры мышечной ткани сразу полсе после воздействия однократной глубокой иммерсионной гипотермии позволяет сделать следующие выводы: в кардиомиоцитах наблюдается набухание (отек) мышечных волокон с явлениями миолиза: неравномерное просветление цитоплазмы, образование оптических пустот, утрата исчерченности; нечеткость границ мышечных волокон, образование мышечных пластов; возникновение явлений кариопикноза, ядра мышечных волокон пикнотичные, гиперхромные, сдавление соединительнотканной стромы миокарда, возникновения явления стертости ее границ, базофиилия, выраженное неравномерное наполнение кровью артерий, утолщение стенок артерий за счет отека и набухания, выраженное полнокровие капилляров и венул.
Список использованной литературы
Алябьев Ф.В. Закономерности морфологических изменений надпочечников при острой алкогольной интоксикации и общем переохлаждении организма: автореферат дис. ... доктора медицинских наук: 03.00.25, 14.00.24 / Алябьев Федор Валерьевич. – Новосибирск, 2008. – 41 с.
Асмолова, Н.Д. Микроскопические изменения миокарда при смерти от действия низкой температуры / Н.Д. Асмолова, М.С. Ривенсон // Судебномедицинская экспертиза. – 1982. – № 4. – С. 28. 10. Асмолова, Н.Д. Патоморфология переохлаждения организма и смерти от общей холодовой травмы / Н.Д. Асмолова, Р.А. Назарова, В.А. Зазулин // Актуальные вопросы судебно-медицинской экспертизы трупа: сб. матер. Всерос. науч.- практич. конф., посвящ. 90-летию Санкт-Петербургского ГУЗ «Бюро судебномедицинской экспертизы» (5-6 июня 2008 года) / под ред. В.А. Клевно, В.Д. Исакова. – СПб., 2008. – С. 70-74.
Бобров И.П. Морфофункциональная характеристика ядер гепатоцитов печени крыс после воздейтсвия гипотермии / Е.Л., Бакарев М.А., Молодых О.П. // Современные проблемы науки и образования. – 2019 – № 6.; URL: http://scienceeducation.ru/ru/article/view?id=29375 (дата обращения: 04.05.2021).
Десятов В.П. Диагностическое значение и некоторые данные к патогенезу переполнения кровью артерий и левой половины сердца при смерти от охлаждения / В.П. Десятов, Ю.А. Шамарин, Н.П. Минин // Судебно-медицинская экспертиза. – 1981. –№ 2. – С. 28-30.
Десятов, В.П. Диагностическое значение и некоторые данные к патогенезу переполнения кровью артерий и левой половины сердца при смерти от охлаждения / В.П. Десятов, Ю.А. Шамарин, Н.П. Минин // Судебно-медицинская экспертиза. – 1981. – № 2. – С. 28-30.
Капустин А.В. О диагностическом значении острых микроскопических изменений миокарда / А.В. Капустин // Судебно-медицинская экспертиза. – 2000. –Т. 43, № 1. – С. 7-
Филиппенкова Е.И. Микроморфологические изменения в миокарде при воздействии на организм низкой температуры / Е.И. Филиппенкова, Н.Г. Голенкова, С.А. Глазков [и др.] // Вопросы судебной медицины, медицинского права и биоэтики: сборник научных трудов посвященный 90-летию кафедры судебной медицины Самарского государственного медицинского университета / под ред. А.П. Ардашкина, В.В. Сергеева. – Самара: Офорт, 2011. – С. 40-44.
Шигеев, В.Б. Холодовая смерть / В.Б. Шигеев, С.В. Шигеев, Е.М. Колударова. – М., 2004. – 184 с.