Морфологічні характеристики скоротливого апарату міокарда щурів під дією гіпоксії (літератур-ний огляд і перспективи досліджень)
DOI:
https://doi.org/10.26641/1997-9665.2023.3.7-16Ключові слова:
тканинна гіпоксія, кардіоміоцит, скоротливий апарат, ультраструктура, міофібрили.Анотація
Актуальність. Проведення модельних експериментів на різних вікових групах лабораторних щурів при хронічному навантаженні гіпоксією є актуальним і допомагає вивчати перебудови в ультраструктурі тканин серця з наукової перспективі. Дослідження адаптації серця до гіпоксії допомагає розкрити механізми, які дозволяють серцю функціонувати в умовах низького рівня кисню. Дослідження на різних вікових групах щурів може допомогти визначити, як вік впливає на адаптацію та ультраструктуру серця під час гіпоксії. Загальна актуальність полягає в підвищенні нашого розуміння реакції серця на гіпоксію. Мета цього дослідження є розуміння впливу гіпоксії на серця щурів на різних етапах їхнього життя, включаючи новонароджених, молодих та дорослих тварин. Це допомагає розширити наше розуміння адаптаційних механізмів серця та може мати значущі наслідки для нормальної анатомії лабораторних тварин, їхньої біології та всебічного розуміння ультраструктурної перебудови компонентів скорочувального апарату серцевої-м’язової тканини. Методи. Систематичний огляд літератури, мета-аналіз, аналіз вмісту, оцінка якості джерел, вилучення і обробка інформації. Результати. Хронічна гіпоксія впливає на структуру міофібрильного апарату міокарда щурів на різних етапах розвитку (від народження до 6 місяців) наступним чином: Новонароджені щури (1 тиждень після народження): Гіпоксія може спричинити гіпертрофію міокарда та збільшення кількості капілярів для поліпшення кровопостачання. Молоді щури (1 місяць після народження): Під впливом гіпоксії спостерігається гіпертрофія міокарда, збільшення кількості фіброзних тканин та можлива перебудова судин. Молоді щури (3 місяці після народження): Гіпоксія може призвести до подальшого збільшення міокарда, змін в структурі та функціональних параметрах, а також розвитку нових судин. Дорослі щури (6 місяців після народження): На цьому етапі можливі значні зміни, включаючи гіпертрофію, перебудову судин, зміни в функціональних параметрах та структурні особливості міокарда. Підсумок. Хронічна гіпоксія впливає на морфологію міокарда у щурів на різних етапах їх розвитку, що призводить до змін у розмірах, структурі та функціональності серця на всіх рівнях його структурної організації.
Посилання
Shevchenko KM. Morphological features of atrial myocardium embryonic development and its changes caused by hypoxia effect. Regul Mech Biosyst. 2019;10(1):129-35.
Germanova E, Khmil N, Pavlik L, Mikheeva I, Mironova G, Lukyanova L. The role of mito-chondrial enzymes, succinate-coupled signaling pathways and mitochondrial ultrastructure in the formation of urgent adaptation to acute hypoxia in the myocardium. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(22):14248.
Bourdier G, Détrait M, Bouyon S, Lemarié E, Brasseur S, Doutreleau S, Pépin JL, Godin-Ribuot D, Belaidi E, Arnaud C. Intermittent Hypoxia Triggers Early Cardiac Remodeling and Contractile Dysfunc-tion in the Time-Course of Ischemic Cardiomyopa-thy in Rats. J Am Heart Assoc. 2020;9(16):16369.
Rexius-Hall ML, Khalil NN, Escopete SS, Li X, Hu J, Yuan H, Parker SJ, McCain ML. A myo-cardial infarct border-zone-on-a-chip demonstrates distinct regulation of cardiac tissue function by an oxygen gradient. Sci Adv. 2022;8(49):1-15.
Friedberg MK, Dakshinamurti S, authors. Hypoxia, Myocardial Metabolic Adaptation, and Right Ventricular Performance. Hypoxic Respirato-ry Failure in the Newborn: From Origins to Clinical Management. 1st. CRC Press; 2021. 268 p.
Veldhuizen J, Chavan R, Moghadas B, Park JG, Kodibagkar VD, Migrino RQ, Nikkhah M. Car-diac ischemia on-a-chip to investigate cellular and molecular response of myocardial tissue under hy-poxia. Biomaterials. 2022;281:121336.
Zhao L, Gao Z, Liu W, Wang C, Luo D, Chao S, Zhou J. Promoting maturation and contractile function of neonatal rat cardiomyocytes by self-powered implantable triboelectric nanogenerator. Nano Energy. 2022;103:107798.
Tverdokhlib IV, Marchenko DG. [Ultrastruc-tural changes of the rat contractile myocardial ap-paratus during prenatal ontogenesis in norm and after alcohol influence]. World of Medicine and Biology. 2019;15(69):225-230. Ukrainian.
Liu J, Noble PJ, Xiao G, Abdelrahman M, Dobrzynski H, Boyett MR, Lei M, Noble D. Role of pacemaking current in cardiac nodes: insights from a comparative study of sinoatrial node and atrio-ventricular node. Prog Biophys Mol Biol. 2008;96(1-3):294-304.
Temple IP, Inada S, Dobrzynski H, Boyett MR. Connexins and the atrioventricular node. Heart Rhythm. 2013;10(2):297-304.
Anderson RH. The disposition and innerva-tion of atrioventricular ring specialized tissue in rats and rabbits. J Anat. 1972;113(2):197-211.
Atkinson AJ, Logantha SJ, Hao G, Yanni J, Fedorenko O, Sinha A, Gilbert SH, Benson AP, Buckley DL, Anderson RH, Boyett MR, Dobrzynski H. Functional, anatomical, and molecular investiga-tion of the cardiac conduction system and ar-rhythmogenic atrioventricular ring tissue in the rat heart. J Am Heart Assoc. 2013;2(6):1-25.
Clark RE, Christlieb I, Sanmarco M, Diaz-Perez R, Dammann jr JF, Zipser ME. Relationship of hypoxia to arrhythmia and cardiac conduction hemorrhage: an experimental study. Circulation. 1963;27(4):742-47.
Rodríguez-Sinovas A, García-Dorado D, Ruiz-Meana M, Soler-Soler J. Protective effect of gap junction uncouplers given during hypoxia against reoxygenation injury in isolated rat hearts. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006;290(2):648-56.
Mochet M, Moravec J, Guillemot H, Hatt PY. The ultrastructure of rat conductive tissue; an electron microscopic study of the atrioventricular node and the bundle of His. J Mol Cell Cardiol. 1975;7(12):879-89.
Konopelski P, Ufnal M. Electrocardiog-raphy in rats: a comparison to human. Physiol Res. 2016;65(5):717-25.
Ono N, Yamaguchi T, Ishikawa H, Ara-kawa M, Takahashi N, Saikawa T, Shimada T. Morphological varieties of the Purkinje fiber net-work in mammalian hearts, as revealed by light and electron microscopy. Arch Histol Cytol. 2009;72(3):139-49.
Sedmera D, Gourdie RG. Why do we have Purkinje fibers deep in our heart? Physiol Res. 2014;63(1):9-18.
Oosthoek PW, Virágh S, Lamers WH, Moorman AF. Immunohistochemical delineation of the conduction system. II: The atrioventricular node and Purkinje fibers. Circ Res. 1993;73(3):482-91.
Di Maio A, Ter Keurs HE, Franzini-Armstrong C. T-tubule profiles in Purkinje fibres of mammalian myocardium. J Muscle Res Cell Motil. 2007;28(2-3):115-21.
Yang Y, Lyu G, He S, Yang H, Li S. The dimethadione-exposed rat fetus: an animal model for the prenatal ultrasound characterization of ven-tricular septal defect. BMC Cardiovasc Disord. 2023;23(1):444.
Angst BD, Khan LU, Severs NJ, Whitely K, Rothery S, Thompson RP, Magee AI, Gourdie RG. Dissociated spatial patterning of gap junctions and cell adhesion junctions during postnatal differentia-tion of ventricular myocardium. Circ Res. 1997;80(1):88-94.
Hoyt RH, Cohen ML, Saffitz JE. Distribu-tion and three-dimensional structure of intercellular junctions in canine myocardium. Circ Res. 1989;64(3):563-74.
Robinson TF, Winegrad SA variety of inter-cellular connections in heart muscle. J Mol Cell Cardiol. 1981;13(2):185-95.
Matsushita T, Oyamada M, Fujimoto K, Yasuda Y, Masuda S, Wada Y, Oka T, Takamatsu T. Remodeling of cell-cell and cell-extracellular ma-trix interactions at the border zone of rat myocardial infarcts. Circ Res. 1999;85(11):1046-55.
Walker CA, Spinale FG. The structure and function of the cardiac myocyte: a review of fun-damental concepts. J Thorac Cardiovasc Surg. 1999;118(2):375-82.
Ljubojevic S, Bers DM. Nuclear calcium in cardiac myocytes. J Cardiovasc Pharmacol. 2015;65(3):211-7.
Bevere M, Morabito C, Mariggiò MA, Guarnieri S. The Oxidative balance orchestrates the main keystones of the functional activity of cardi-omyocytes. Oxid Med Cell Longev. 2022;2022:7714542.
Hirt MN, Boeddinghaus J, Mitchell A, Schaaf S, Börnchen C, Müller C, Schulz H, Hubner N, Stenzig J, Stoehr A, Neuber C, Eder A, Luther PK, Hansen A, Eschenhagen T. Functional improvement and maturation of rat and human engineered heart tissue by chronic electrical stimulation. J Mol Cell Cardiol. 2014;74:151-61.
Novaes RD, Penitente AR, Gonçalves RV, Talvani A, Peluzio MC, Neves CA, Natali AJ, Mal-donado IR. Trypanosoma cruzi infection induces morphological reorganization of the myocardium parenchyma and stroma, and modifies the mechan-ical properties of atrial and ventricular cardiomyo-cytes in rats. Cardiovasc Pathol. 2013;22(4):270-9.
Lyon AR, MacLeod KT, Zhang Y, Garcia E, Kanda GK, Lab MJ, Korchev YE, Harding SE, Gorelik J. Loss of T-tubules and other changes to surface topography in ventricular myocytes from failing human and rat heart. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(16):6854-9.
Yang T, Liu H, Yang C, Mo H, Wang X, Song X, Jiang L, Deng P, Chen R, Wu P, Chen A, Yan J. Galangin attenuates myocardial ischemic reperfusion-induced ferroptosis by targeting NRF2/GPX4 signaling pathway. Drug Des Devel Ther. 2023;17:2495-2511.
Kozlov SV, Maevsky AE, Mishalov VD, Sulaeva, ON. [Changes of mitochondria in the con-tractile cardiomyocytes during postnatal rat onto-genesis]. Morphologia. 2014;8(4):37-42. Ukrainian.
Kolesnyk YuM, Kolesnyk MYu, Hancheva OV, Isachenko MI. Left ventricular remodeling in normotensive Wistar rats exposed to intermittent hypoxia of different duration. Pathologia. 2023;20(1(57)):5-13.
Galow AM, Brenmoehl J, Hoeflich A. Syn-ergistic effects of hormones on structural and func-tional maturation of cardiomyocytes and implica-tions for heart regeneration. Cell Mol Life Sci. 2023;80(8):240.
Ivanova VV, Milto IV, Serebryakova ON, Sukhodolo IV. The Structure of the Left Ventricle Myocardium of Preterm Rats in the Early Postnatal Period. Cell Tissue Biol. 2022;16(4):364-71.
Frey TG, Mannella CA. The internal struc-ture of mitochondria. Trends Biochem Sci. 2000;25(7):319-24.
Ostadal B, Ostadalova I, Dhalla NS. Devel-opment of cardiac sensitivity to oxygen deficiency: comparative and ontogenetic aspects. Physiol Rev. 1999;79(3):635-59.
Ivanova VV, Milto IV, Serebrjakova ON, Sukhodolo IV. The Rat Heart in the Prenatal and Postnatal Periods of Ontogenesis. Russ J Dev Biol. 2021;52:287-300.
Belov LN, Leont'eva TA, Kogan ME. Quantitative characteristics of the multiplication of muscle cells in the course of postnatal cardiogenesis in mice. Ontogenez. 1977;8(5):442-9.
Bózner A, Veselá A, Dostál J. Quantitative morphologic studies on the myocardium in early stages of ontogenesis and after application of vari-ous cardioactive agents. Gegenbaurs Morphol Jahrb. 1980;126(3):307-13.
Muhamadovna AS. Histological structure of rat heart in the early stages of ontogeny. Eur Sci Rev. 2016;5(6):30-3.
Sosunov AA, Belianina GV, Shvalev VN. [Ultrastructure of the epimyocardium and myocar-dium in early embryos of white rats]. Arkhiv anatomii, gistologii i embriologii. 1987;93(12):17-23. Russian.
Kade AH, Trofimenko AI, Turovaia AY, Pevzner DA, Lazarev VV, Lysov EE, Minina II. Chicken embryo as an experimental object for studying development of cardiovascular system. IP Pavlov Russ Med Biol Herald. 2018;26(4):538-46.
Tibbits GF, Xu L, Sedarat F. Ontogeny of excitation–contraction coupling in the mammalian heart. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 2002;132(4):691-98.
Dobrzynski H, Boyett MR, Anderson RH. New insights into pacemaker activity: promoting understanding of sick sinus syndrome. Circulation. 2007;115(14):1921-32.
Pieperhoff S, Franke WW. The area com-posita of adhering junctions connecting heart mus-cle cells of vertebrates.: VI. Different precursor structures in non-mammalian species. Eur J Cell Biol. 2008;87(7):413-30.
Ostadal B, Ostadalova I, Charvatova Z, Kolar F. Ontogenetic aspects of cardiac adaptation to chronic hypoxia. Cardiac adaptations: Molecular Mechanisms. 2013;1:99-110.
Pelouch V, Milerova M, Ostadal B, Pro-chazka J. Ontogenetic development of the protein composition of the right and left ventricular myo-cardium. Right Ventricular Hypertrophy and Function in Chronic Lung Disease. 1992;2:39-53.
Snopko RM, Aromolaran AS, Karko KL, Ramos-Franco J, Blatter LA, Mejía-Alvarez R. Cell culture modifies Ca2+ signaling during excitation-contraction coupling in neonate cardiac myocytes. Cell Calcium. 2007;41(1):13-25.
Rabinovitch M, Gamble WJ, Miettinen OS, Reid L. Age and sex influence on pulmonary hyper-tension of chronic hypoxia and on recovery. Am J Physiol. 1981;240(1):62-72.
Eden GJ, Hanson MA. Effects of chronic hypoxia from birth on the ventilatory response to acute hypoxia in the newborn rat. J Physiol. 1987;392:11-19.
Zhang R, Yang A, Zhang L, He L, Gu X, Yu C, Lu Z, Wang C, Zhou F, Li F, Ji L, Xing J, Guo H. MFN2 deficiency promotes cardiac response to hy-pobaric hypoxia by reprogramming cardiomyocyte metabolism. Acta Physiol (Oxf). 2023;239(1):14018.
Mori D, Miyagawa S, Kawamura T, Yoshi-oka D, Hata H, Ueno T, Toda K, Kuratani T, Oota M, Kawai K, Kurata H, Nishida H, Harada A, Toyo-fuku T, Sawa Y. Mitochondrial transfer induced by adipose-derived mesenchymal stem cell transplan-tation improves cardiac function in rat models of ischemic cardiomyopathy. Cell Transplant. 2023;32:9636897221148457.
Chatterjee P, Holody CD, Kirschenman R, Graton ME, Spaans F, Phillips TJ, Case CP, Bourque SL, Lemieux H, Davidge ST. Sex-specific effects of prenatal hypoxia and a placental antioxidant treatment on cardiac mitochondrial function in the young adult offspring. Int J Mol Sci. 2023;24(17):13624.
Salameh S, Ogueri V, Posnack NG. Adapt-ing to a new environment: postnatal maturation of the human cardiomyocyte. J Physiol. 2023;601(13):2593-619.
Sykora M, Andelova K, Szeiffova Bacova B, Egan Benova T, Martiskova A, Knezl V, Tribulo-va N. Hypertension Induces Pro-arrhythmic cardiac connexome disorders: protective effects of treat-ment. Biomolecules. 2023;13(2):330.
Wang C, Ramahdita G, Genin G, Huebsch N, Ma Z. Dynamic mechanobiology of cardiac cells and tissues: Current status and future perspective. Biophys Rev (Melville). 2023;4(1):11314-16.
Schinner C, Erber BM, Yeruva S, Waschke J. Regulation of cardiac myocyte cohesion and gap junctions via desmosomal adhesion. Acta Physiol (Oxf). 2019;226(2):13242.
Martyniak A, Jeż M, Dulak J, Stępniewski J. Adaptation of cardiomyogenesis to the generation and maturation of cardiomyocytes from human pluripotent stem cells. IUBMB Life. 2023;75(1):8-29.
Zokirovna OA. Influence of alcohol intoxi-cation on the heart tissue of rats in the experiment. Int J Integr Modern Med. 2023;1(1):90-5.
Ivanova VV, Milto IV, Serebryakova ON, Sukhodolo IV. The influence of preterm birth on the development of rat myocardium in the early post-natal period of ontogenesis. Cell Tissue Biol. 2022;16(1):45-51.
Ivanova VV, Milto IV, Serebryakova ON, Sukhodolo IV. The structure of the left ventricle myocardium of preterm rats in the early postnatal period. Cell Tissue Biol. 2022;16(4):364-71.
Muhamadovna AS. Histological structure of rat heart in the early stages of ontogeny. Eur Sci Rev. 2016;5(6):30-33.
Ivanova VV, Zhigalina AS, Serebryakova ON, Sukhodolo IV, Milto IV. Characteristics of my-ocardial blood vessels in preterm rats in the late postnatal ontogeny. Bull Exp Biol Med. 2023;174(3):391-94.
David H, Meyer R, Marx I, Guski H, Wen-zelides K. Morphometric characterization of left ventricular myocardial cells of male rats during postnatal development. J Mol Cell Cardiol. 1979;11(7):631-38.
Iliev A, Kotov G, Landzhov B, Jelev L, Di-mitrova I, Hinova-Palova D. Quantitative charac-teristics of the myocardium and the cardiomyocytes during different stages of the postnatal development in Wistar rats. Scripta Scientifica Medica. 2016;48(2):53.
Ivanchenko MV, Tverdokhleb IV. [The pe-culiarities of intermitochondrial contacts during on-togenetic formation of mitochondria network in normal and under hypoxic damage of cardiogene-sis]. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2014;2:10-17. Russian.
Marchenko DG, Tverdokhlib IV. [Ontoge-ne¬tic mechanisms of contractive apparatus devel-opment in cardiomyocytes]. Morphologia. 2012;6(4):5-11. Ukrainian.
Mashtalir MA, Tverdokhleb IV. [Histoche-mical, lectinhistochemical and immunohistochemi-cal methods in embryological heart researches]. Morphologia. 2010;4(2):39-44. Ukrainian.
Ivanchenko MV, Tverdokhlib IV. [Forma-tion of mitochondrial apparatus of contractile car-diomyocytes during normal and hypoxic injury of cardi-ogenesis]. Morphologia. 2013;7(1):5-20. Ukrainian.
Ivanchenko MV, Tverdokhleb IV. [The in-fluence of intrauterine hypoxia on the mitochondri-al heterogeneity and the ways of its implementation during rat ventricular myocardial alteration]. Bulle-tin of Volgograd State Medical University. 2014;4(52):101-106. Russian.
Makhmudovich ZM, Ilyasov AS. Patterns of growth and development of the heart of rats in early postnatal ontogenesis. Web Of Scientist: International Scientific Research Journal. 2022;3:886-92.
Mirsharopov UM, Akhmedova SM, Ni-sanbayeva AU. Muhamadovna AS, Changes in the walls of the heart in experimental toxic myocarditis. 2023;4(1):1097-107.
Iliev AA, Kotov GN, Landzhov BV, Jelev LS, Dimitrova IN, Hinova-Palova DV. A compara-tive quantitative analysis of the postnatal changes in the myocardium of the left and right ventricles in rats. Folia Medica. 2018;60(2):226-33.
Alipour Symakani RS, van Genuchten WJ, Zandbergen LM, Henry S, Taverne YJ, Merkus D, Bartelds B. The right ventricle in tetralogy of Fallot: adaptation to sequential loading. Front Pediatr. 2023;11:1098248.
Schimmel K, Ichimura K, Reddy S, Had-dad F, Spiekerkoetter E. Cardiac fibrosis in the pres-sure overloaded left and right ventricle as a thera-peutic target. Front Cardiovasc Med. 2022;9:886553.
Masik N, Nechiporuk S, Fomina AA. Influ-ence of interval normobaric hypoxytherapy on the processes of ischemic preconditioning in the myo-cardium of patients with chronic obstructive pulmo-nary disease. Wiad Lek. 2022;75(1(2)):209-14.
Elsnicova B, Hornikova D, Tibenska V, Kolar D, Tlapakova T, Schmid B, Mallek M, Eggers B, Schlötzer-Schrehardt U, Peeva V, Berwanger C, Eberhard B, Durmuş H, Schultheis D, Holtzhausen C, Schork K, Marcus K, Jordan J, Lücke T, van der Ven PFM, Schröder R, Clemen CS, Zurmanova JM. Desmin knock-out cardiomyopathy: a heart on the verge of metabolic crisis. Int J Mol Sci. 2022;23(19):12020.
Sy MR, Keefe JA, Sutton JP, Wehrens XHT. Cardiac function, structural, and electrical remodel-ing by microgravity exposure. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2023;324(1):1-13.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно поширювати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис до редакції журналу «Morphologia», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції матеріалу, в тому числі таких об'єктів, що охороняються авторським правом, як фотографії автора, малюнки, схеми, таблиці і т.п.), в тому числі на відтворення в пресі і в мережі Інтернет; на поширення; на переклад рукопису на будь-які мови; експорту та імпорту примірників журналу зі статтею Авторів з метою поширення, доведення до загального відома. Зазначені вище права Автори передають Редакції без обмеження терміну їх дії і на території всіх країн світу без обмеження.
Автори гарантують, що вони мають виняткові права на використання матеріалів, переданих до редакції. Редактори не несуть відповідальності перед третіми особами за порушення гарантії, надані авторами. Розглянуті права передаються до редакції з моменту підписання поточної публікації для публікації. Відтворення матеріалів, опублікованих в журналі іншими особами та юридичними особами, можливе лише за згодою редакції, з обов'язковим зазначенням повної бібліографічного посилання первинної публікації. Автори залишають за собою право використовувати опублікований матеріал, його фрагменти і частини для навчальних матеріалів, усні презентації, підготовку дисертації дисертації з обов'язковою бібліографічною посиланням на оригінальну роботу. Електронна копія опублікованій статті, що завантажується з офіційного веб-сайту журналу в форматі .pdf, може бути розміщена авторами на офіційному веб-сайті їх установ, будь-яких інших офіційних ресурсах з відкритим доступом.
