КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені Тараса Шевченка
КЛИМЕНКО Павло Павлович
УДК 611.841.1:611.161:612.67
Структурні та ультраструктурні особливості мікроциркуляторного русла
кон’юнктиви ока при старінні і цукровому діабеті
03.00.11 – цитологія, клітинна біологія, гістологія
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2005
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті геронтології АМН України
Науковий керівник: доктор біологічних наук
Квітницька-Рижова Тетяна Юріївна,
Інститут геронтології АМН України,
завідувач лабораторією морфології та цитології
Офіційні опоненти : доктор біологічних наук, професор
Стеченко Людмила Олександрівна,
Національний медичний університет імені академіка О.О.
Богомольця,
професор кафедри гістології, цитології та ембріології
доктор медичних наук, професор
Гордієнко Вадим Максимович,
Національний університет фізичного виховання і спорту України,
професор кафедри спортивної медицини
Провідна установа: Інститут ендокринології та обміну речовин
імені В.П. Комісаренка АМН України, м. Київ
Захист відбудеться “ 11 ”__січня_____2006 року о _16___ годині на
засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.38 Київського
національного університету імені Тараса Шевченка (м. Київ, пр. акад.
Глушкова, 2, біологічний факультет, ауд. 215).
Поштова адреса:01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 64, біологічний
факультет
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського
національного університету імені Тараса Шевченка (01033, м. Київ-33,
вул. Володимирська, 58).
Автореферат розісланий “_1_”___грудня_______2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук
О.В. Цимбалюк
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Вікові зміни серцево-судинної системи істотно
впливають на темп старіння всіх тканин, органів і організму в цілому.
Особливе значення при цьому набувають мікроциркуляторні шляхи, оскільки
саме через них забезпечується регуляція кровонаповнення органів,
реалізуються функції селективного транспортного обміну,
дренажно-депонуюча і трофічна, що, у значній мірі, визначає тканинний
гомеостаз. Дослідження вікових особливостей структури та ультраструктури
шляхів мікроциркуляції – необхідна умова для розуміння механізмів
порушення транскапілярного обміну і розвитку патологічних процесів у
старості (Т.Ю.Квитницкая-Рыжова и соавт., 1995; К.Г.Саркисов и соавт.,
1998; О.В Коркушко и соавт., 2002; И.И. Дедов, А.А. Александров, 2004;
С.А. Румянцева, 2004; H.A. Henrich at al., 1990).
Одним із найбільш значущих і доступних об’єктів для прижиттєвого
вивчення мікроциркуляторного русла (МЦР) при старінні і патології є
бульбарна кон’юнктива (БК) ока. Існують численні дані, які свідчать про
те, що МЦР БК відображає загальні тенденції периферичного кровообігу і
розглядається як “вікно” у мікроциркуляцію всього організму (Т.И.
Селицкая и соавт., 1990). У клінічній практиці широко використовується
метод біомікроскопії, за допомогою якого отримано великий фактичний
матеріал по вивченню МЦР БК при фізіологічному старінні і деяких
патологічних станах (атеросклероз, гіпертонічна хвороба, ішемічна
хвороба серця, цукровий діабет тощо) (Л.Ф. Шердукалова, В.Дж. Арутюнян,
1994; А.А. Гарганеева и соавт., 2000; М.А. Куликова, 2002).
Разом з тим, відомості про структурні і ультраструктурні зміни МЦР БК
людини при фізіологічному старінні і патології, а також у
експериментальних тварин малочисельні і фрагментарні. До того ж відсутні
дослідження, присвячені віковим змінам ультрацитохімії ферментів, які
беруть участь у транскапілярному обміні.
Все більшого медико-соціального значення набуває проблема цукрового
діабету (ЦД) у зв’язку із щорічним збільшенням (на 6-10%) кількості
хворих (Б.Б.Салтыков, О.Е. Зиновьева, 2003). Завдяки такому темпу росту
ЦД міцно зайняв третє місце після серцево-судинних і онкологічних
захворювань. Як правило, ЦД супроводжується численними пізніми
ускладненнями, серед яких найчастіше спостерігаються діабетична макро- і
мікроангіопатія, які призводять до інвалідизації і смерті 65 – 80%
хворих. При цьому великий інтерес викликає дослідження
мікроциркуляторного русла ока, оскільки в 20 % випадків причиною втрати
зору стає ЦД (А.С.Ефимов, 1989). Особливо актуальним є вивчення змін МЦР
БК при ЦД у віковому аспекті, оскільки частота виникнення цього
захворювання в значній мірі пов’язана з віком. Якщо кількість хворих до
15 років складає 15 % усіх пацієнтів із діабетом, то старше 65 років –
40 % (Н.Т.Старкова, 1996). Крім того, діабетична ангіопатія призводить
до розвитку ознак раннього старіння і зменшення середньої тривалості
життя на 2-12% у хворих на ЦД (А.Г. Мазовецкий и соавт., 1988). Разом з
тим, відсутні роботи, присвячені віковим аспектам структурних та
ультраструктурних змін МЦР БК при ЦД.
Таким чином, відсутність комплексних робіт, присвячених вивченню вікових
структурних, ультраструктурних, ультрацитохімічних і морфометричних змін
МЦР БК людей при старінні і при захворюванні на ЦД (I і II типу), а
також відсутність аналогічних даних, отриманих на експериментальних
тваринах, обумовила необхідність проведення такого дослідження.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна
робота виконана в рамках держбюджетної теми лабораторії морфології та
цитології Інституту геронтології АМН України “Вікові морфо-функціональні
особливості гісто-гематичних бар’єрів за даними електронної мікроскопії
та ультрацитохімії”, номер державної реєстрації 0101U002026, в якій
дисертант виконав окремі фрагменти.
Мета дослідження – встановити ультраструктурні, ультрацитохімічні і
морфометричні вікові особливості гемомікроциркуляторного русла
бульбарної кон’юнктиви ока експериментальних тварин, а також людей – при
старінні і захворюванні на ЦД I і II типу.
Задачі дослідження:
1. Встановити структурні, ультраструктурні і морфометричні особливості
кровоносних капілярів БК ока морських свинок двох вікових груп (6 міс,
30 міс).
2. З’ясувати вікові ультрацитохімічні особливості лужної фосфатази (ЛФ),
5′-нуклеотидази, Са2+ -АТФази в стінці капілярів БК ока морських свинок.
3. Встановити структурні, ультраструктурні і морфометричні особливості
кровоносних капілярів БК ока на біопсійному матеріалі, взятому у людей 7
вікових груп (20-29, 30-39, 40-49, 50-59, 60-69, 70-79, 80-89 років),
яким була зроблена операція з приводу травматичної і вікової катаракти.
4. Співставити вікові зміни структури, ультраструктури і морфометричних
параметрів МЦР БК людей і експериментальних тварин; з’ясувати
видоспецифічні особливості його старіння.
5. Дослідити структурні, ультраструктурні і морфометричні особливості
МЦР БК ока у людей 7 вікових груп (20-29, 30-39, 40-49, 50-59, 60-69,
70-79, 80-89 років), хворих на ЦД I і II типу, яким була зроблена
операція з приводу діабетичної катаракти.
6. Виявити особливості цитохімічної реакції на ЛФ в МЦР БК у хворих на
ЦД I і II типу різного віку.
7. Співставити характер, темп і послідовність змін структури,
ультраструктури і морфометричних параметрів МЦР БК ока у людей при
старінні і діабеті.
Об’єкт дослідження: морфо-функціональні особливості старіння МЦР БК
експериментальних тварин і людини.
Предмет дослідження: порівняльна характеристика структурних,
ультраструктурних і цитохімічних змін МЦР БК при старінні у
експериментальних тварин і людини, а також у людей різного віку при
захворюванні на ЦД I і II типу.
Методи дослідення: 1. Електронна мікроскопія – для визначення вікових
ультраструктурних особливостей усіх компонентів стінки капілярів БК
експериментальних тварин і людей при старінні і ЦД. 2. Морфометрія (на
електронномікроскопічному рівні) – для визначення кількісних змін ряду
параметрів МЦР БК при старінні і ЦД. 3.Ультрацитохімія – для визначення
вікових змін активності ряду ферментів у стінці капілярів і
перикапілярній області БК при старінні і ЦД.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше здійснено комплексне
морфо-функціональне порівняльне дослідження МЦР БК експериментальних
тварин і людини в процесі старіння і при патології (ЦД I і II типу).
Показано, що у людей, як і у експериментальних тварин, у МЦР БК
відбувається вікове посилення деструктивних процесів на тлі розвитку
адаптаційних. Разом з тим, структурні перебудови, спрямовані на
підтримку транспортної функції капілярів, у морських свинок виражені
сильніше. Вперше відзначено вікове падіння активності ряду ферментів у
стінці капілярів БК, що в поєднанні зі змінами її ультраструктури може
призвести до порушення транспортної і бар’єрної функції капілярів в
старості.
Встановлено відносну цілісність ультраструктурної організації стінки
капілярів МЦР БК людини майже до 70 років. Надалі відзначено виражене
наростання деструктивних процесів у всіх його компонентах. Вперше
встановлені ультраструктурні і ультрацитохімічні особливості МЦР БК у
хворих на ЦД I і II типу різного віку, які свідчать про
однонаправленість його структурних змін при старінні і діабеті, а також
про значно більш різке наростання альтеративних змін при захворюванні на
ЦД, особливо при ЦД I типу, про що також свідчить значне зниження
інтенсивності цитохімічної реакції на ЛФ при ЦД I типу, у порівнянні з
ЦД II типу. Показано, що характер і ступінь вираженості деструктивних
змін стінки капілярів БК залежить у більшій мірі від типу захворювання,
ніж від віку хворого.
Практичне значення одержаних результатів. Одержані дані мають важливе
значення для встановлення механізмів старіння стінки капілярів, що
лежать в основі багатьох функціональних змін, що розвиваються в
старості. Визначені особливості вікових змін стінки капілярів при
старінні і ЦД, а також відмінності у ступені їхньої вираженості при ЦД I
і II типу можуть стати основою для детального і глибокого дослідження
механізмів розвитку вік-залежної патології. Все це необхідно враховувати
не тільки при оцінці механізмів старіння організму і розвитку
патологічних процесів в старості, але й при пошуку засобів подовження
життя.
Результати досліджень можуть знайти застосування в науково-дослідній
діяльності і лікувальному процесі, а також у педагогічній роботі.
Особистий внесок здобувача. Аналіз літератури, постановка досліджень,
одержання первинного матеріалу (перегляд під електронним мікроскопом,
проведення й оцінка цитохімічних реакцій), опис результатів дослідження,
морфометрія, статистична обробка даних, а також їх аналіз і узагальнення
виконані автором самостійно. В наукових статтях, опублікованих у
співавторстві, пошукувач використовував результати власних досліджень.
Біопсійний матеріал БК ока був узятий на кафедрі очних хвороб
Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця (зав. кафедри
член – кореспондент АМН України, доктор мед. наук, професор, заслужений
діяч науки і техніки України Г.Д. Жабоєдов). Щиро дякую доценту кафедри
очних хвороб НМУ ім. О.О. Богомольця д.м.н. Р.Л.Скрипник за надання
біопсійного матеріалу, що брався під час операційних втручань.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації були представлені
й обговорювалися на засіданні відділу біології старіння Інституту
геронтології АМН України (Київ 2004), на шостому Конгресі патологів
України “Судинні і онкологічні захворювання: морфогенез та екологічний
патоморфоз” (Вінниця, 1998), на Українській науковій конференції з
міжнародною участю “Мікроціркуляція і її вікові зміни” (Київ,1999), на
III Національному конгресі патофізіологів України (Одеса, 2000), на III
Національному конгресі геронтологів і геріатрів України (Київ, 2000), на
II науково-практичній конференції “Прискорене старіння та шляхи його
профілактики” (Одеса, 2001), на II, III Українських конференціях молодих
вчених, присвячених пам’яті академіка В.В. Фролькіса (Київ, 2001,
2002), на науково-практичній конференції, присвяченій 95- річчю з дня
народження акад. В.П. Комісаренка (Київ, 2002), на II Міжнародній
конференції “Мікроциркуляція та її вікові зміни” (Київ, 2002), на V, VI
Міжнародних симпозиумах “Біологічні механізми старіння” (Харків, 2002,
2004).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 18 наукових праць, з
них 5 журнальних статей у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України,
і 13 публікацій тез доповідей на наукових конгресах та конференціях.
Структура й обсяг дисертації. Матеріали дисертації викладені на 117
сторінках машинописного тексту. Дисертація складається з вступу, огляду
літератури, розділів “Матеріали та методи досліджень”, п’яти розділів
власних досліджень, аналізу та узагальнення власних досліджень,
висновків та списку використаних джерел. Список цитованої літератури
містить 210 джерел, серед яких 116 опубліковані в Україні та країнах СНД
і 94 робіт – в інших зарубіжних країнах. Дисертація ілюстрована 93
малюнками і 2 таблицями.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Матеріали і методи дослідження. Об’єктом досліджень слугувала БК ока
морських свинок і людей (біопсійний матеріал) різного віку (табл.1).
Таблиця 1
Розподіл біопсійного матеріалу бульбарної кон’юнктиви ока
людини за віком
та характером захворювання
Вік, роки Катаракта (травматична чи вікова)
n Цукровий діабет
I типу
n
II типу
n
20-29 5 3 –
30-39 5 3 –
40-49 5 2 2
50-59 5 5 5
60-69 5 5 7
70-79 5 – 5
80-89 4 – 1
Всього: 72
Біопсії БК ока людей 7 вікових груп, що не хворіли на ЦД, брались під
час операцій з приводу травматичної та вікової катаракти (група
порівняння). Біопсії БК від людей відповідного віку, хворих на ЦД I та
II типу, брались під час операції з приводу діабетичної катаракти. Всім
хворим, відібраним у групу порівняння, попередньо проводилась
біомікроскопія судин БК. У дослідження не включалися особи з
перенесеними в минулому захворюваннями рогівки і судинного тракту. У
всіх хворих на ЦД був компенсований рівень вуглеводів у крові.
Біопсійний матеріал бульбарної кон’юнктиви ока морських свинок забирався
у тварин віком 6 місяців і 30 місяців (по 14 – в кожній віковій групі).
Перед взяттям біопсійного матеріалу експериментальним тваринам
проводилася тіопентал-натрієва анестезія з розрахунку 100 мг/кг (И.П.
Западнюк с соавт., 1974).
Для електронномікроскопічних досліджень біопсійний матеріал БК фіксували
у 2,5% розчині глютаральдегіду на фосфатному буфері (рН 7,4) протягом 4
годин при температурі +4 С?. Дофіксація в 2% розчині осмієвої кислоти на
такому ж буфері протягом 2 годин і подальше заливання в епон- аралдитну
суміш виконувались за загальноприйнятими методами (Б. Уикли, 1975).
Напівтонкі і ультратонкі зрізи готували на ультратомі LKB- III
(Швеція).
Напівтонкі зрізи забарвлювали метиленовим синім і вивчали під
світлооптичним мікроскопом. Ультратонкі зрізи контрастували 2% розчином
уранілацетату і цитрату свинцю та досліджували за допомогою електронного
мікроскопу ПЕМ – 125К (“Selmi”, Україна) при прискорюючій напрузі 60 кВ.
Морфометрія включала визначення площі перерізу ядер та цитоплазми
ендотеліальних клітин (ЕК) і перицитів, кількості піноцитозних везикул
на мікрометр плазмолеми, товщини базальної мембрани (БМ) та проводилась
за допомогою відеосистеми і пакета програм для морфометрії “MORPHOSCAN”
(НВК “Єва”, Київ).
Статистична обробка даних морфометрії здійснювалася методами варіаційної
статистики з використанням t- критерія Стьюдента. Вірогідними вважалися
відмінності при рівні значущості р < 0.05.
Для ультрацитохімічного визначення локалізації активності лужної
фосфатази і 5’-нуклеотидази використовували свинцевий метод Гоморі у
модифікації І.Б. Бухвалова (1982), а для визначення локалізації
активності Са2+-АТФази використовували свинцевий метод Ando (1981). У
якості субстрату для визначення активності ЛФ використовували ? –
гліцерофосфат, для визначення активності 5’-нуклеотидази – АМФ, для
визначення активності Са2+-АТФази – АТФ. Для встановлення інтегральної
величини інтенсивності цитохімічної реакції вираховувався середній
цитохімічний показник, запропонований L.S. Kaplow (1955). Відповідно до
даного методу інтенсивність ферментативної реакції оцінювалася в балах
від 0 до 3: 0 – відсутність активності ферменту; 1 – незначна
активність; 2 – помірна активність ; 3 – висока активність. Далі
визначали процент капілярів з певною інтенсивністю цитохімічної реакції
і множили на відповідний бал. Отримані добутки складалися і їх сума
ділилася на 100.
Статистичне опрацювання результатів, отриманих із використанням
напівкількісного методу, заснованого на принципі методу Kaplow,
проводилось з використанням критерію “U” (Вілкоксона-Манна-Уітні) [Е.В.
Гублер, А.А.Генкин, 1973].
Результати дослідження і їх обговорення. Електронномікроскопічні
дослідження показали, що кровоносні капіляри морських свинок і людини
відносяться до типу 2 А по класифікації, запропонованій H.S.Bennett
(1959). Стінка капілярів БК складається з неперервного шару
фенестрованих ЕК і базального шару, що включає неперервну БМ і перицити.
При старінні у всіх компонентах МЦР БК людини розвиваються структурні
зміни, що свідчать про наростання деструктивних процесів, а також про
розвиток певних адаптаційних перебудов. У ядрах ЕК посилюється
гетерохроматизація, відбувається ущільнення каріоплазми, її
гомогенізація, поява поодиноких ліпідних внутрішньоядерних включень,
частішають явища пікнозу, а також значно зменшується площа ядер, що
особливо демонстративно в глибокій старості (70-79 і 80-89 років).
Адаптаційні процеси в ядрах ЕК старих людей виражені набагато слабкіше і
характеризуються збільшенням складчастості ядерної оболонки. До 70 років
(60-69 років) адаптаційні зміни виявляються досить активними і
проявляються збільшенням кількості еухроматину, зрідка – гіпертрофією
ядерець, а також значним ростом площі ядер деяких клітин.
У цитоплазмі ЕК при старінні також наростають деструктивні процеси. Вона
стає елентроннощільною, кількість мітохондрій і канальців гранулярного
ендоплазматичного ретикулуму зменшується, з’являються ліпідні включення,
збільшується кількість мікрофібрил, а також значно зменшується площа
цитоплазми, що особливо характерно для старших вікових груп (70-79 і
80-89 років). У частині клітин відзначається виражена вакуолізація.
Адаптаційні процеси у цитоплазмі ЕК старих людей характеризуються появою
поодиноких гіпертрофованих мітохондрій. У більш молодих людей (60-69
років) відзначається гіперплазія мітохондрій, канальців гранулярного
ендоплазматичного ретикулуму і рибосом, збільшення площі цитоплазми. У
процесі старіння відбуваються зміни і у плазматичній мембрані ЕК;
починаючи з 40- 49 років, поряд із фенестрами в ній частіше
зустрічаються пори, після 50 років їхня кількість значно зменшується.
Піноцитозна активність в ЕК із віком змінюється нерівномірно. До 50-59
років її активність має найбільші показники. Після 60 років вона
знижується, але у цілому залишається досить високою, що, можливо,
обумовлено посиленням механізмів, які спрямовані на підтримку
транспортної функції капілярної стінки (рис.1а,б). Число виростів
плазмолеми, як на люмінальній, так і на
Рис. 1. Кількість піноцитозних везикул на 1 мкм люмінальної (А) і
базальної (Б) ділянки плазмолеми ендотеліальних клітин кровоносних
капілярів бульбарної кон’юнктиви ока у людей різного віку, хворих на
цукровий діабет I і II типу.
базальній поверхні, починаючи з 59 років, зменшується. Разом з тим к
80-89 рокам різко збільшується утворення ундулюючих складок, які
сприяють формуванню вакуолей різного розміру. З 70 років, особливо в
80-89 років, спостерігається розширення зони контактів між ЕК і
формування периендотеліального простору, що призводить до порушення
процесів проникності і розвитку перикапілярного набряку, що є типовим
явищем в старості.
Структура і товщина БМ також змінюються при старінні. Так, починаючи з
40-49 років, відзначається її виражена багатошаровість. У 50-59 років БМ
значно розширюється, у 60-69 років відбувається її розпушення, у 70
років вона ущільнюється, і в ній з’являються поодинокі колагенові
волокна (рис.2). У перицитах при старінні відбуваються перебудови,
аналогічні змінам в ЕК. У цитоплазмі перицитів, починаючи з 70 років,
зменшується число органел, матрикс ущільнюється, зрідка спостерігається
вакуолізація і поодинокі ліпідні включення.
Рис.2. Товщина базальної мембрани кровоносних капілярів бульбарної
кон’юнктиви ока у людей різного віку, хворих на цукровий діабет I і
II типу.
Відмічається принципова схожість структурних проявів старіння МЦР БК у
морських свинок і людей. Разом з тим, у ЕК морських свинок при старінні
не відзначено збільшення кількості мікрофібрил. Крім того, перебудови,
спрямовані на підтримку транспортної функції капілярів (витончення
периферичної частини ЕК, збільшення кількості фенестр, посилення
мікропіноцитозу), виявляються більш вираженими у експериментальних
тварин, ніж у людини (рис.3). Таким чином, у морських свинок і людини
виявлено як подібність, так і відмінності в морфологічних проявах
старіння МЦР БК.
В основі відзначених вікових змін ультраструктури капілярів можуть
лежати складні біохімічні і молекулярно-біологічні процеси, зв’язані з
порушенням ферментних систем клітин. Для оцінки морфо-функціональних
змін капілярів БК при старінні були вивчені ультрацитохімічні
особливості ЛФ, 5′- нуклеотидази, Са2+- АТФази; вибір цих ферментів
пов’язаний з їхньою участю у забезпеченні активного переносу
речовин, транспорту іонів і регуляції внутрішньоклітинного
Рис 3. Кількість піноцитозних везикул на 1 мкм люмінальної і базальної
ділянки плазмолеми ендотеліальних клітин кровоносних капілярів
бульбарної кон’юнктиви ока у морських свинок різного віку.
гомеостазу, зміна якого значною мірою визначає темп і характер старіння.
Так, ЛФ приймає участь у трансмембранних переносах. Її вважають основним
маркерним ферментом мікроциркуляторного русла, 5′ – нуклеотидаза бере
участь у метаболізмі пуринових нуклеотидів, Са2+ -АТФаза бере участь у
регуляції концентрації іонів Са2+ у клітині.
z
’
3/4
A
TH
&–&?&<‘>’†(?(-* *i1 4
5u?aO?IE?1/2?1/2?1/2?1/2?1/2?E?1/2?±?±?±?1/2?±?±?1/2?Y?Y?E?1/2?u??u?u?u?
u?u?u?u?1/2
„
†
?
?
?
?
’
$??¨iz
3/4
A
@
@
@
@
@
@
@
@
@
@
h
phy
1/21/21/2a
@
??????ічної реакції, що можна вважати проявом адаптаційно-компенсаторних
змін. Таким чином, зменшення активності даних ферментів в МЦР БК, поряд
із розвитком деструктивних змін у ЕК і перицитах капілярів, порушенням
контакту між ЕК, розширенням БМ, а також розвиток перикапілярного
набряку свідчать про порушення транспортної і бар’єрної функції
капілярів у старості.
Особливий інтерес становить співставлення вікових змін ультраструктури
МЦР БК при старінні і захворюванні на ЦД. У хворих на ЦД I і II типу
різного віку морфологічні зміни в МЦР свідчать про подібність
структурних проявів старіння і порушень, що виникають при діабеті.
Водночас, при ЦД ці порушення виявилися більш вираженими і проявлялися
значно раніше. Крім
Рис.4. Середній цитохімічний показник активності ферментів в стінці
кровоносних капілярів бульбарної кон’юнктиви ока у морських cвинок
різного віку (в умовних одиницях по Kaplow ).
* p між віковими групами.
того, у хворих на ЦД літнього і старечого віку розвиваються глибокі
деструктивні зміни, що, скоріш за все, носить незворотній характер і є
морфологічною основою діабетичної ангіопатії – одного з найбільш
поширених ускладнень цього захворювання.
При захворюванні на ЦД у людей різних вікових груп у МЦР БК
спостерігаються значні зміни ультраструктури і морфометричних параметрів
стінки капілярів, що свідчить про розвиток деструктивних процесів,
виражених у більшій мірі при ЦД I типу. У просвіті капілярів у хворих на
ЦД часто спостерігається клітинний детрит, скупчення білків плазми і
фібрину, сладж еритроцитів і прилипання тромбоцитів до стінки капілярів.
Значні зміни відбуваються в ЕК – у частині клітин розвивається виражений
набряк цитоплазми, в інших – відбувається ущільнення цитоплазматичного
матрикса. У результаті розвивається гетерогенність ЕК (електроннопрозорі
негідратовані, гідратовані і електроннощільні клітини). Однією з
найбільш істотних особливостей ЕК у хворих на ЦД є різке падіння
піноцитозної активності, як на люмінальній, так і базальній ділянках
плазмолеми (див. рис. 1а,б). Крім того, відбувається нерівномірне
розширення контактів між ЕК, що є істотним проявом порушення бар’єрної
функції стінки капілярів. У перицитах відзначені такі ж, як і в ЕК,
прояви деструктивних процесів, відзначено зменшення кількості перицитів,
особливо при ЦД I типу.
У хворих на ЦД відбувається виражене потовщення БМ, розвивається її
багатошаровість, з’являються колагенові волокна у середині кожного шару
БМ, а також розширюється перикапілярний простір і розвивається
перикапілярний фіброз. Потовщення БМ у хворих на ЦД було виражено
сильніше, ніж при фізіологічному старінні (див. рис. 2), і
супроводжувалося гіалінозом і плазморагічним просякненням, що свідчить
про патологічні зміни, які мають місце при захворюванні на ЦД, що
пов’язано з глибокими порушеннями проникності і функціонування
гістогематичних бар’єрів.
При ЦД I типу – дистрофічні і деструктивні зміни МЦР спостерігаються з
20 років, тоді як при ЦД II типу вони розвиваються після 40 років. У
хворих старших вікових груп процеси деструкції виявляються особливо
яскраво і призводять до повного руйнування ЕК, їхнього злущування й
оголення БМ, тобто до глибоких порушень структури капілярів, що ведуть
до серйозних функціональних зрушень у МЦР. У хворих на ЦД I типу такі
зміни виявляються раніше, при ЦД II типу – у хворих старших вікових
груп.
Водночас, у частині ЕК і перицитів розвиваються і компенсаторні процеси,
що призводять до гіпертрофії ядерець, збільшення кількості еухроматину,
утворення глибоких інвагінацій ядерної оболонки, гіпертрофії і
гіперплазії мітохондрій, канальців гранулярного і гладкого
ендоплазматичного ретикулуму, а також до збільшення кількості полісом.
Ультрацитохімічні дослідження показали значне зниження інтенсивності
цитохімічної реакції на ЛФ в МЦР БК у хворих на ЦД I типу, на відміну
від ЦД II типу, при якому інтенсивність реакції навіть зростає (рис.5).
Особливості цитохімічної реакції на ЛФ у капілярній стінці при різних
формах захворювання, значна і постійна різниця між її показниками при ЦД
I і II типу в цих вікових групах також свідчать про більш сильне
ураження МЦР у хворих на ЦД I типу. Такий виражений зв’язок між типом ЦД
і рівнем активності ЛФ може бути використаний як діагностичний критерій
ступеня функціональних порушень МЦР при ЦД I і II типу.
Таким чином, у хворих на ЦД у стінці капілярів відзначається посилення
деструктивних процесів, що призводить до глибоких порушень
функціональної активності ЕК і перицитів, а також до істотних порушень
структури БМ, розвитку перикапілярного набряку і фіброзу. При цьому
відзначаються морфологічні відмінності структурних змін у МЦР БК хворих
на ЦД I і II типу, а також неоднозначні зміни активності ЛФ, що свідчить
про більш сильний розвиток альтеративних змін стінки капілярів при ЦД I
типу.
Отже, процеси, що відбуваються в МЦР БК, як у хворих на ЦД (незалежно
від вікової групи), так і при фізіологічному старінні, мають подібну
морфологічну картину. Однак при ЦД (особливо при ЦД I типу) вони
виявляються більш демонстративними й агресивними, проявляються значно
раніше і часто носять незворотній характер у зв’язку з більш вираженими
і глибокими процесами деструкції. Мабуть, саме ці ультраструктурні
зміни, відзначені нами у
Рис.5. Середній цитохімічний показник активності лужної фосфатази в
стінці кровоносних капілярів бульбарної кон’юнктиви ока у людей різного
віку, хворих на цукровий діабет I та II типу (в умовних одиницях по
Kaplow):
* p діабет I та II типу в одній віковій групі;
** p діабет I типу різного віку
хворих на ЦД, і лежать в основі діабетичних ангіопатій, що є характерним
ускладненням цього захворювання.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі встановлені морфо-функціональні зміни
мікроциркуляторного русла (МЦР) бульбарної кон’юнктиви (БК) ока морських
свинок і людей, що розвиваються при старінні, а також вікові зміни
капілярів при цукровому діабеті I і II типу, що лежать в основі
діабетичних ангіопатій, і зроблені наступні висновки:
1. В результаті електронномікроскопічних, ультрацитохімічних і
морфометричних досліджень МЦР БК людей 7 вікових груп (від 20 до 89
років), а також експериментальних тварин двох вікових груп (дорослих – 6
міс і старих – 30 міс) в усіх його компонентах відзначене посилення
деструктивних змін на тлі розвитку адаптаційних, як при старінні, так і
при захворюванні на цукровий діабет (ЦД). При цьому у хворих на ЦД I
типу (у меншій мірі – II типу) відбувається більш виражений і глибокий,
у порівнянні з фізіологічним старінням, розвиток деструктивних процесів.
2. У старих морських свинок спостерігається наростання деструктивних
процесів і зниження функціональної активності в МЦР БК. Так, в
ендотеліальних клітинах (ЕК) спостерігається гетерохроматизація ядер,
потовщення БМ і розширення перикапілярного простору. У частині капілярів
спостерігаються зміни ультраструктури ЕК, що призводить до посилення
транспортної функції, – витончується периферична частина ЕК,
збільшується кількість фенестр, підсилюється інтенсивність
мікропіноцитозу.
3. При старінні в МЦР БК морських свинок спостерігається зниження
активності цитохімічної реакції на 5′- нуклеотидазу і Са2+-АТФазу.
Особливо помітно зниження інтенсивності цитохімічної реакції на Са2+
-АТФазу. Падіння ферментативної активності в стінці капілярів, у
сполученні з порушенням її ультраструктури, може свідчити про порушення
транспортної і бар’єрної функції капілярів у старості.
4. При вивченні МЦР БК людини встановлена відносна цілісність
ультраструктурної організації стінки капілярів аж до 70 років, надалі
відбувається наростання деструктивних процесів у всіх її компонентах.
Вікові зміни в ЕК – зменшення кількості органел, збільшення кількості
гетерохроматину в ядрах, порушення контакту між ЕК (70-79, 80-89 років)
– поєднуються з потовщенням базального шару (із 50 років), із
розширенням перикапілярного простору (80-89 років) і збільшенням у ньому
кількості колагенових волокон, що свідчить про виражене падіння
функціональної активності МЦР у старості.
5. У МЦР БК людини з віком розвиваються й адаптаційні процеси,
спрямовані на підтримку функції,- збільшення активності плазмолеми ЕК,
посилення піноцитозного транспорту (70-79 років), гіперплазія органел у
ендотеліальних клітинах (60-69 років), – що дозволяє зберегти високий
рівень функціональної активності частини капілярів навіть у осіб старших
вікових груп.
6. У старих морських свинок і людей спостерігається подібність
структурних проявів процесів старіння МЦР БК. Водночас, у морських
свинок адаптаційні перебудови, спрямовані на підтримку транспортної
функції капілярів, виражені сильніше. Крім того, у них з віком
інтенсивність цитохімічної реакції на лужну фосфатазу істотно не
змінюється.
7. У хворих на ЦД усіх вікових груп у всіх компонентах МЦР БК
виявляються значні зміни, які свідчать про поглиблення деструктивних
процесів: у просвіті капілярів відбувається скупчення білків плазми і
клітинного детриту, сладж еритроцитів, прилипання тромбоцитів до стінки
капілярів; в ЕК спостерігається вакуолізація і набряк цитоплазми, різке
падіння піноцитозної активності, стоншення і гомогенізація цитоплазми,
мікроклазматоз; зменшується кількість перицитів, товщає БМ, наростає її
багатошаровість і колагенізація.
8. Характер і ступінь вираженості деструктивних змін стінки капілярів БК
залежить у більшій мірі від типу захворювання, ніж від віку хворого. У
хворих на ЦД I типу (на відміну від ЦД II) падіння піноцитозної
активності виражено сильніше, деструктивні зміни в ЕК більш значні і
наступають раніше; зменшення кількості перицитів і оголення БМ внаслідок
злущення ЕК відбуваються в більш ранньому віці, це свідчить про більш
сильний розвиток альтеративних змін стінки капілярів, що лежать в основі
діабетичної ангіопатії при ЦД I типу.
9. Виражене зниження інтенсивності цитохімічної реакції на лужну
фосфатазу в МЦР БК у хворих на ЦД I типу (на відміну від хворих на ЦД II
типу і групи порівняння), поряд із більш глибокими деструктивними
змінами стінки капіляра, свідчить про більш істотне порушення функції
МЦР при цьому типі захворювання.
10. Структурні зміни в МЦР БК людини при старінні і при ЦД
односпрямовані. Однак при ЦД вони виявляються в значно молодшому віці, є
більш глибокими, демонстративними і часто носять незворотній характер у
зв’язку з вираженими процесами деструкції, особливо при ЦД I типу.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Клименко П.П., Скрипник Р.Л., Жабоедов Г.Д., Квитницкая-Рыжова Т.Ю.
Возрастные изменения ультраструктуры бульбарной конъюктивы // Пробл.
старения и долголетия.- 2000.- Т. 9, №2.- С. 126-132 (Дисертантом
проведено електронномікроскопічний та морфометричний аналіз матеріалу).
2. Квитницкая-Рыжова Т.Ю., Клименко П.П., Жабоедов Г.Д., Скрипник Р.Л.,
Сидорова М.В. Возрастные изменения ультраструктуры
микроциркуляторного русла бульбарной конъюнктивы глаза у больных
диабетом. Пробл. старения и долголетия. – 2000.- Т9, №4.- С.402-408.
(Дисертантом проведено електронномікроскопічний та морфометричний аналіз
матеріалу).
3. Квитницкая-Рыжова Т.Ю., Клименко П.П. Возрастные особенности
активности ряда ферментов в капиллярах бульбарной конъюнктивы морских
свинок (ультрацитохимическое исследование) // Пробл. старения и
долголетия.- 2002.- Т.11, №4.- С.388-397. (Дисертантом проведено
електронномікроскопічний, ультрацитохімічний та морфометричний аналіз
матеріалу).
4. Квітницька-Рижова Т.Ю., Клименко П.П., Жабоїдов Г.Д., Скрипник
Р.Л., Сидорова М.В. Вікові зміни ультраструктури і активності
лужної фосфатази у бульбарній кон’юнктиві ока хворих на цукровий діабет
// Галицький лікарський вісник.- 2003.- №2.- С. 106-108. (Дисертантом
проведено електронномікроскопічний, ультрацитохімічний та морфометричний
аналіз матеріалу).
5. Клименко П.П. Методы ультрацитохимии в изучении микроциркуляторного
русла бульбарной конъюнктивы глаза при старении и диабете // Вісник
проблем біології і медицини. – 2003.- №2.-С. 39-41.
6. Ступина А.С., Квитницкая-Рыжова Т.Ю., Межиборская Н.А., Бондарчук
А.А., Клименко П.П. Изменение ультраструктуры капилляров при
старении и в условиях воздействия неблагоприятных факторов внешней среды
// Судинні і онкологічні захворювання: морфогенез та екологічний
патоморфоз: Матер. 6 Конгр. патологів України. – (Вінниця, 1998 р.).- С.
87.
7. Квитницкая-Рыжова Т.Ю., Ступина А.С., Межиборская Н.А., Михальский
С.А., Клименко П.П. Структурные изменения гистогематических барьеров при
старении и экспериментальном продлении жизни // Микроциркуляция и ее
возрастные изменения: Матер. укр. науч. конфер. (Киев, 19-21 мая 1999
г.). – К., 1999.- С. 169- 170.
8. Клименко П.П. Возрастные изменения ультраструктуры
микроциркуляторного русла конъюнктивы человека // Микроциркуляция и ее
возрастные изменения: Матер. укр. науч. конфер. (Киев, 19-21 мая 1999
г.). – К., 1999.- С.63.
9.Клименко П.П. Морфометричний аналіз вікових змін ультраструктури
мікроциркуляторного русла бульбарної кон’юнктиви // Фізіол. журн.-
2000.- Т.46,№2 (а).- С. 42. Матер. 3 Нац. конгресу патофізіологів
України з міжнародною участю (Одеса, 24-27 травня 2000 р.).
10. Квитницкая-Рыжова Т.Ю., Ступина А.С., Михальский С.А., Клименко
П.П., Межиборская Н.А., Лимарева А.Л. Ультраструктурные изменения
гисто-гематических барьеров при экспериментальных воздействиях,
ускоряющих и замедляющих процессы старения // III Нац. конгрес
геронтологів і геріатрів України: Тези доп.(Київ, 26-28 вересня 2000
р.). – К., 2000.- С.172.
11. Клименко П.П. Возрастные изменения ультраструктуры
микроциркуляторного русла конъюнктивы глаза при заболевании сахарным
диабетом // III Нац. конгрес геронтологів і геріатрів України: Тези доп.
(Київ, 26-28 вересня 2000 р.). – К., 2000.- С.152.
12. Клименко П.П. Ультраструктурные и ультрацитохимические особенности
микроциркуляторного русла бульбарной конъюнктивы больных сахарным
диабетом разного возраста // Матер. II Укр. конф. молодих вчених (Київ,
13 квітня 2001 р.). – К., 2001.- С. 45-46.
13. Клименко П.П. Морфологические проявления ускоренного старения
микроциркуляторного русла конъюнктивы при сахарном диабете // Матер. 2
наук.-практ. конференції “Прискорене старіння та шляхи його
профілактики” (Одеса, 18-19 жовтня 2001 р.).- К.: АЛКОН, 2001.- С.199.
14. Клименко П.П., Хаблак Г.В. Изменения активности щелочной фосфатазы в
микроциркуляторном русле бульбарной конъюнктивы при старении и
заболевании сахарным диабетом // Матер. III Укр. конф. молодих вчених
(Київ, 28 січня 2002 р.).- К,2002.- С.91-92.
15. Клименко П.П. Зміни ультраструктури мікроциркуляторного русла і
активності лужної фосфатази в бульбарній кон`юнктиві людей різних
вікових груп хворих на цукровий діабет I та II типу // Ендокринологія.-
2002.- Т.7, № 1. – С. 137. Матер. Наук.-практ. конфер. Присвяч. 95-
річчю з дня народження акад. В.П. Комісаренка (Київ, 30-31 січня 2002
р.).
16. Клименко П.П., Скрипник Р.Л., Сидорова М.В. Возрастные особенности
активности щелочной фосфатазы в микроциркуляторном русле бульбарной
конъюнктивы у людей и экспериментальных животных // Мікроциркуляція та
її вікові зміни: Матер. II міжнар. конф. (Київ, 22-24 травня 2002 р.).-
К.: АЛКОН, 2002.- С. 141-142.
17. Клименко П.П. Видовые особенности ультраструктурных проявлений
старения кровеносных капилляров бульбарной конъюнктивы глаза морских
свинок и человека // Биологические механизмы старения: V Междунар.
симпозиум. Тез. докл. (Харьков, 30 мая-1 июня 2002 г.). – Харьков,
2002.- С.48-49.
18. Божкова А.С., Клименко П.П. Вікові ультрацитохімічні особливості
лужної фосфатази та Са2+ -АТФази в стінці кровоносних капілярів
бульбарної кон’юнктиви // Биологические механизмы старения: VI
Междунар. симпозиум. Тез. докл. (Харьков, 26-29 мая 2004г.).- Харьков,
2004.- С.30-31.
АНОТАЦІЯ
Клименко П.П. Структурні та ультраструктурні особливості
мікроциркуляторного русла кон’юнктиви ока при старінні і цукровому
діабеті. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за
спеціальністю 03.00.11 – цитологія, клітинна біологія, гістологія. –
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2005.
Проведено комплексне електронномікроскопічне, ультрацитохімічне і
морфометричне дослідження особливостей старіння мікроциркуляторного
русла (МЦР) бульбарної кон’юнктиви (БК) людей семи вікових груп (20 –
89 років) і у хворих на цукровий діабет (ЦД) I і II типу відповідного
віку, а також морських свинок (6 і 30 місяців). Результати дослідження
показали, що в МЦР БК при старінні розвиваються як деструктивні процеси,
так і адаптаційні, що забезпечує підтримку функції капілярів.
Спрямованість змін однакова в усіх вивчених групах, однак є і
відмінності в характері, темпі й інтенсивності розвитку цих змін. При ЦД
дистрофічні і деструктивні процеси спостерігаються вже в молодому віці,
вони більш демонстративні і часто носять незворотний характер.
Встановлено особливості структурних змін у МЦР БК при різних типах
цукрового діабету (ЦД). Так, найбільш виражені зміни відбуваються при I
типі ЦД – дистрофічні і деструктивні зміни ЕК і перицитів
спостерігаються з 20 років, тоді як при II типі ЦД вони розвиваються
після 40 років. Фінальними змінами при ЦД є злущування ЕК і оголення БМ,
що не зустрічається при фізіологічному старінні. При ЦД I типу
спостерігається виражене зменшення інтенсивності цитохімічної реакції на
лужну фосфатазу.
Ключові слова: капіляр, старіння, цукровий діабет I та II типу,
ультраструктура, ультрацитохімія.
АННОТАЦИЯ
Клименко П.П. Структурные и ультраструктурные особенности
микроциркуляторного русла конъюнктивы глаза при старении и сахарном
диабете. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по
специальности 03.00.11 – цитология, клеточная биология, гистология. –
Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2005.
Проведено комплексное электронномикроскопическое, ультрацитохимическое и
морфометрическое исследование особенностей старения микроциркуляторного
русла (МЦР) бульбарной конъюнктивы (БК) людей семи возрастных групп (20
– 89 лет) и больных сахарным диабетом (СД) I и II типа
соответствующего возраста, а также морских свинок (МС) (6 и 30
месяцев).
Результаты исследования показали, что в МЦР БК людей и МС при старении
развиваются как деструктивные процессы, так и адаптационные, которые
обеспечивают поддержку функции капилляров. Так, при старении о развитии
процессов деструкции свидетельствует гетерохроматизация ядер
эндотелиальных клеток (ЭК), утолщение БМ и расширение перикапиллярного
пространства. В части капилляров наблюдаются изменения ультраструктуры
ЭК, свидетельствующие о развитии адаптационных процессов, которые
приводят к усилению транспортной функции, – истончается периферическая
часть ЭК, увеличивается количество фенестр, усиливается интенсивность
микропиноцитоза, что особенно сильно выражено в МЦР БК МС.
В МЦР БК старых МС не происходит изменений интенсивности цитохимической
реакции на щелочную фосфатазу, вместе с тем наблюдается уменьшение
активности цитохимической реакции на 5’- нуклеотидазу і Са2+-АТФазу.
Особенно сильно выражено снижение интенсивности цитохимической реакции
на Са2+ -АТФазу, что в сочетании с нарушением ультраструктуры МЦР БК
может свидетельствовать о нарушении транспортной и барьерной функции
капилляров в старости.
При сахарном диабете (СД) наблюдается такая же направленность изменений,
как и при старении, однако есть и отличия в характере, темпе и
интенсивности их развития. При СД дистрофические и деструктивные
процессы наблюдаются уже в молодом возрасте, они более демонстративны и
часто носят необратимый характер. В просвете капилляров происходит
скопление белков плазмы и клеточного детрита, сладж эритроцитов,
прилипание тромбоцитов к стенке капилляров; в ЕК наблюдается
вакуолизация и набухание цитоплазмы, резкое падение пиноцитозной
активности, истончение и гомогенизация цитоплазмы, микроклазматоз,
аналогичные проявления деструктивных процессов отмечаются и в перицитах;
уменьшается количество перицитов, утолщается БМ, усиливается ее
многослойность и коллагенизация. Кроме того, установлены особенности
структурных изменений в МЦР БК при различных типах СД. Так, наиболее
выраженные изменения происходят при I типе СД – дистрофические и
деструктивные изменения ЭК и перицитов наблюдаются с 20 лет, тогда как
при II типе СД они развиваются после 40 лет. Финальными изменениями при
СД есть слущивание ЭК и оголение БМ, что не встречается при
физиологическом старении. При СД I типа наблюдается выраженное
уменьшение интенсивности цитохимической реакции на щелочную фосфатазу.
Ключевые слова: капилляр, старение, сахарный диабет I и II типа,
ультраструктура, ультрацитохимия.
SUMMARY
Klimenko P. P. Structural and ultrastructural peculiarities of the
microcirculatory bed of the eye bulbar conjunctiva in aging and diabetes
mellitus. Manuscript.
Dissertation for the scientific degree of a Candidate of Biological
Science in the specialty 03.00.11 – cytology, cell biology and
histology. The Kyiv National University named after Taras Shevchenko,
Kyiv, Ukraine, 2005.
A complex electron microscopic, ultracytochemical and morphometric
investigation has been conducted with the aim of studying peculiarities
of the aging of the microcirculatory bed (MCB) of the eye bulbar
conjunctiva (BC). The study included seven age groups of human subjects
(20 to 89 years of age) and patients suffering from diabetes mellitus,
type I and type II, of the respective age groups. The study also
involved the guinea pigs (aged 6 and 30 months).
The results of investigation have shown that in aging there develop
both, destructive and adaptive processes in the MCB of the BC, ensuring
maintenance of capillary function. The direction of changes is identical
in all study groups. However they differ in terms of character, tempo
and intensity of their onset. In DM, the dystrophic and destructive
processes are observed already in young age. They are more demonstrative
and, not infrequently, irreversible. There have been established the
peculiarities of structural changes in the MCB of the BC in diabetes
mellitus (DM) of various types. Thus the most pronounced changes were
observed in DM type I: the dystrophic and destructive changes of
endothelial cells and pericytes were registered after age 20, while in
the cases of DM type II they were developing after 40 years. Among the
final changes in DM, mentioning should be made of the cellular
endothelium peeling and basal membrane denudation which are generally
observed in physiological aging. In DM type I, a marked decrease was
noticed in the intensity of cytochemical reaction to alkaline
phosphatase.
Key words: capillary, aging, diabetes mellitus type I and type II,
ultrastructure, ultracytochemistry.
PAGE \* Arabic 19
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
