Jaké srdce mají obojživelníci?

„Žába je nejčastějším laboratorním zvířetem, se kterým se pracovníci různých specializací zabývají. . Své seznamování s naukou o životě začíná školák pitvou tohoto malého zvířete. Každý biolog a lékař se znovu setká se žábou na vysoké škole a mnozí z nich se po celý život neustále obracejí k žábě jako k nejpříhodnějšímu a nejnázornějšímu experimentálnímu objektu.“

K tomu lze dodat, že právě pokusy na žábách umožnily stanovit základní zákonitosti fungování nervů, svalů, srdce, hladkého svalstva a mnoha dalších orgánů a tkání.
V dnešní době je žába stále hlavním objektem, na kterém vědci provádějí své první experimenty.

Nejčastějšími úkoly pro začínající biology jsou snad studie fungování žabího srdce. Experimentální protokoly a postupy jsou popsány v tisících příruček a workshopů ve všech jazycích světa. Kvůli nedostatku správných dovedností však experimentátor zpočátku nevidí přesně to, co je zobrazeno v příručkách.

Nabízíme k prohlédnutí a prostudování několik reálných fotografií a videoklipů, které vysvětlují stavbu a fungování žabího srdce. Všechny záznamy byly pořízeny během jednoho experimentu na žábě Rana temporaria.

Vnější struktura srdce.

Srdce žab se nachází v hrudní a břišní dutině pod hrudní kostí. Jeho obecná struktura z dorzální a ventrální strany a ze strany (vpravo) je znázorněna na Obr. 1 : 1 — oblouk aorty; 2 – pravá síň; 3 – štětina zasunutá do otvoru pod truncus arteriosus; 4 – aortální bulbus (arteriální kužel); 5 – levá síň; 6 – arteriální kmen; 7 – koronální drážka; 8 – komora; 9 – přední (kraniální) vena cava; 10 – plicní žíly (v bočním pohledu pouze pravá žíla); 11 – venózní sinus; 12 – zadní (kaudální) vena cava; 13 – zevní jugulární žíla; 14 – innominátní žíla; 15 – podklíčková žíla).

Tradičně se věří, že srdce obojživelníků se skládá ze tří komor, dvou síní a jedné komory. Přísně vzato to není tak úplně pravda. Srdce obsahuje další dvě části, jasně oddělené jako samostatné komory u nižších obratlovců: ryb, obojživelníků a některých plazů. Jedná se o sinus venosus (žilní sinus) a conus arteriosus (bulv aorty).

Venózní sinus je tenkostěnná komora vzniklá splynutím duté žíly – zadní (kaudální) a dvou předních (kraniální), levé a pravé. Sinus se nachází na dorzální straně srdce a lze jej vidět, pokud je srdeční vrchol jemně vytažen dopředu směrem k hlavě.

Svalový conus arteriosus se nachází ventrálně mezi komorou a krátkým truncus arteriosus (je součástí cévního systému), ze kterého vychází levý a pravý aortální oblouk. Arteriální kmen nepřiléhá k ventrálnímu povrchu síní, lze pod něj protáhnout tenký vlas (seta „3“ na obr. 1).
Svalové stěny sinus venosus a conus arteriosus se stahují a do určité míry se podílejí na pohybu krve.
Navenek se však arteriální kužel neliší od velké nádoby. Mezi dutou žílou a venózním sinem také není jasná hranice, nelze jednoznačně určit, kde dutá žíla končí a kde začíná venózní sinus.

Proč jsou sinus venosus a conus arteriosus považovány za součást srdce a ne za součást cévního systému? To bylo provedeno na základě charakteristik embryonálního vývoje srdce a krevních cév. Během embryogeneze srdce, včetně venózního sinusu, síně (síní), komory (komor), arteriálního kužele, vzniká z jednoho rudimentu a cévy z jiného. U teplokrevných živočichů je v určité fázi vývoje dobře patrný i sinus venosus a conus arteriosus. Poté se venózní sinus přemění na sinusový uzel (kardiostimulační zóna, kardiostimulátor), umístěný ve stěně pravé síně, a conus arteriosus se přemění na bezsvalový prstenec umístěný na hranici mezi levou komorou a aortou. Sinusový uzel teplokrevných živočichů je tedy homologem venózního sinu nižších obratlovců.

Pacemaker (anglicky „pacemaker“, pacemaker) určuje rytmus srdečních kontrakcí. Existují specializovaná svalová vlákna, která mají automatiku. V kardiomyocytech kardiostimulátoru spontánně s určitou periodicitou vznikají excitační vlny, které se pak postupně šíří do myokardu síní, komory a conus arteriosus. Na hranicích různých částí srdce (u žáby, mezi venózním sinem a síněmi, síní a komorou, komorou a conus arteriosus) je excitační vlna vedena nižší rychlostí a se zpožděním dochází k vedení vzruchu doprovázeného stejným zpožděním vlny kontrakce.

ČTĚTE VÍCE

Je možné krevetu oživit?

Žilní dutina srdce žáby komunikuje s pravou síní prostřednictvím širokého foramen ovale, obklopeného svalovým sinoatriálním prstencem. Kontrakce sinoatriálního prstence částečně brání zpětnému toku krve z pravé síně do sinus venosus. Nejsou zde žádné další ventilové struktury.
Plicní žíly, nesoucí provzdušněnou krev, se před vstupem do levé síně spojují do společné plicní žíly. Ani zde nejsou žádné skutečné ventily.
Přední dutá žíla vzniká splynutím zevní jugulární, podklíčkové a innominátní žíly. Krátká zadní dutá žíla vychází z jater.

Síně jsou od komory odděleny koronární rýhou. Dělí srdce na přední část (síně, příchozí a odchozí cévy) a zadní část (komora).
Vně srdce obklopuje osrdečník, který si lze představit jako tenkostěnný vak přetažený přes srdce z jeho hrotu. Vnitřní vrstva perikardu (nebo epikardu) je vnější vrstva srdce. Mezi epikardem a vnější vrstvou osrdečníku se v perikardiální dutině nachází perikardiální tekutina. Hranice připojení vnější vrstvy osrdečníku ke stěnám srdce a cév je na obr. 1 znázorněna tečkovanou čarou.
V srdci žáby jsou koronární cévy přítomny pouze ve stěnách conus arteriosus. Tkáně venózního sinu, síní a komory jsou zásobovány kyslíkem díky čerpané krvi.
Síňový myokard nepřechází přímo do myokardu komor. Kontakt mezi nimi se provádí prostřednictvím relativně kompaktního svazku specializované svalové tkáně umístěné v oblasti atrioventrikulárního otvoru, který je společným vstupem pro pravou a levou síň. Existují dobře definované atrioventrikulární cípové chlopně.

In situ studie funkce srdce žáby

U všech zvířat srdce funguje dobře při optimální úrovni intrakardiálního tlaku. Velká ztráta krve, vedoucí ke snížení přívodu krve do srdce, vede ke snížení síly srdečních kontrakcí. Proto by měla být příprava prováděna opatrně, bez poškození velkých nádob.
Anestetizovaná žába je znehybněna zničením centrálního nervového systému přes foramen magnum. Imobilizovaná žába se přišpendlí zpět na experimentální stůl a kůže na ventrální ploše se opatrně odřízne malými nůžkami (obr. 2). V oblasti ramenního pletence v bočních zónách je mnoho větví kožní tepny a zde by měl být řez blíže k ose těla.

Po odstranění kožní chlopně je třeba nůžky a pinzetu opláchnout vodou a osušit.

Mezi různými svaly na břišní ploše dobře vyniká přímý břišní sval (obr. 3). Břišní žíla je jasně viditelná podél osy těla. Pokud najedete kurzorem na oblast s odstraněnou kůží, objeví se diagram (projekce) kostí ramenního pletence. Pomocí malé pinzety na straně břišní žíly se uchopí okraj chrupavčité části hrudní kosti (os sternum) a zvedne se nahoru. Svalová stěna břišní dutiny se otevírá vedle pinzety pomocí špiček ostrých nůžek. POZOR: Břišní žíla u kaudálního okraje hrudní kosti probíhá svisle dolů (k pozorovateli) a je třeba dbát na to, aby se nepřeřízla. Bez snížení okraje hrudní kosti pokračuje řez podél ní vlevo a vpravo až ke kostem corvid (os coracoideum). Pak se velkými nůžkami přestřihnou corvidní kosti, claviculae (claviculae), střih pokračuje do přední části presterna (episternum) a celý tento svalový lalok se odstraní. Poté se propíchnou přední nohy a okraj dolní čelisti žáby, aby se rozšířilo operační pole.

Pomocí tenké pinzety a ostrých nůžek se z ventrální plochy srdce odstraní parietální vrstva osrdečníku, načež se komora, ventrální části síní, bulbus a oblouky aorty jasně zviditelní (obr. 4). U letních a podzimních žab je koronární rýha (hranice mezi síněmi a komorou) často vyplněna žlutohnědou tukovou tkání, která obsahuje cévy. Ve stěnách síní jsou pod binokulárním mikroskopem jasně viditelné světelné provazce – snopce svalových vláken na vnitřním povrchu síní (trabekuly). Srdce je ze tří stran obklopeno laloky jater a v kaudální části operačního pole je dobře patrný namodralý žlučník.

ČTĚTE VÍCE

Jaké mikroelementy jsou v kokosu?

Při větším zvětšení jsou v epikardu viditelné četné černé výběžkové buňky – melanocyty (Obr. 5). Takové buňky lze pozorovat podél průběhu mnoha cév. Například společný ústí plicních žil se při malém mikroskopickém zvětšení v důsledku nahromadění melanocytů jeví téměř černé. Melanocyty určují celkovou barvu kůže žáby. V laboratorních podmínkách jsou změny barvy kůže žáby dobrými indikátory funkčního stavu zvířat. Nízká vlhkost, nadměrné osvětlení, půst, vysoká teplota (u našich žab více než +20 o C) vedou k zesvětlení žab. Při vysoké vlhkosti a nízké teplotě kůže žáby ztmavne. Funkční význam melanocytů v epikardu pro srdeční funkci nebyl studován.

Zapnutí videoklipu vám umožní sledovat sekvenční stahy síní a komory (Klip 1). Všimněte si zřetelného časového zpoždění mezi systolou síní a komor. Toto zpoždění je typické pro srdce všech zvířat, která mají srdce komorová (obratlovci a měkkýši). Atrioventrikulární zpoždění zvyšuje účinnost srdce, protože Během tohoto období má většina krve ze síní čas přesunout se do komory.

In situ kmeny aorty táhnou základnu srdce dorzálně. Pro vyšetření perikardiálních cév v blízkosti dorzálních částí síní by proto měla být komora mírně vytažena v kaudálním směru pomocí serfinky. Surfový hák je lehká svorka vyrobená z elastického drátu. S jeho pomocí je pečlivě uchopen vrchol komory. Podélná osa surfu by se měla shodovat s podélnou osou srdce. Na surfovací prstenec se nejprve přiváže ligatura (nit), pomocí které experimentátor propojí srdce s kymografem a dalšími senzory.

Mírné protažení srdce v kraniálně-kaudálním směru (vlevo na obr. 6) nám umožňuje lépe vyšetřit prvky ventrálního aortoarteriálního systému a vidět některé oblasti žilní části srdce (obr. 6). Obě síně, bulbus aorty, kmen aorty, oblouky aorty se stanou jasně viditelnými a níže v hloubce jsou patrné základy přední duté žíly. Některé znaky stavby žilního řečiště jsou při větším zvětšení vidět na následujícím obrázku (obr. 7). V levém horním kvadrantu obrázku se promítá část levé síně, není v ohnisku videokamery a pod nimi jsou patrné hlavní žíly tvořící levou přední (kraniální) dutou žílu.

Ve videoklipech doprovázejících tyto fotografie (Klip 2, Klip 3) měli byste věnovat pozornost sledu kontrakcí duté žíly, síní, komory a conus arteriosus.
Tato pozorování ukazují, že v srdci žáby dochází zpočátku k excitaci a kontrakci v oblasti vena cava, poté dochází k systole síní, komory a conus arteriosus.
Pozorování normálních srdečních kontrakcí ukazuje, že v tuto chvíli je zdrojem srdečního rytmu (kardiostimulátor) úsek venózního sinu přilehlého k levé duté žíle (3. klip).

Ke studiu šíření aktivity v primární zóně kardiostimulátoru, včetně ústí duté žíly a venózního sinu, by měla být provedena další chirurgická intervence. Přitáhneme-li hrot komory dopředu směrem k hlavě, vidíme dorzální plochu síní a komory (obr. 8). Ukazuje se, že přibližně v horní třetině je dorzální část komory spojena s osrdečníkem srdeční báze tenkým vazivovým provazcem – frenulem srdce. Zbytky perikardu a uzdičky vypadají jako namodralé průsvitné filmy pojivové tkáně.

Na videoklipu (Klip 4) je zřejmé, že uzdička výrazně omezuje pohyby komory in situ. Jakákoli metoda záznamu srdečních tepů žáby in situ vyžaduje řezání uzdičky srdce. To je nezbytná podmínka pro úspěšné experimenty.

ČTĚTE VÍCE

Jak rychle roste mořská sasanka?

Po odstranění uzdičky a zbytků osrdečníku mezi síněmi a dutou žilou se jasně zviditelní oblast sinus venosus (obr. 9). Vpravo je to dobře viditelné po posunutí komory doleva vzhledem k ose těla zvířete (na obrázku dolů) (obr. 10). Žíly jsou naplněny krví a jejich hranice jsou snadno identifikovatelné. Zadní dutá žíla je velmi krátká, na to je třeba pamatovat při provádění experimentů. Ligace a řezy při izolaci srdce by měly být provedeny blíže k jaternímu okraji žíly, jinak může dojít k poškození žilního sinu a izolované srdce se přestane stahovat.

Všimněte si světelného prstence na hranici sinus venosus a pravé síně. Tento svalový prstenec (sinoatriální prstenec, obr. 9) se nachází mezi dvěma komorami (venózní sinus a pravá síň), aktivně se stahuje a částečně plní funkci chlopně.

Fáze kontrakce různých úseků venózního sinu na pravé straně srdce lze analyzovat pomocí (Klip 5). Za normálních podmínek závisí posloupnost šíření vzruchu na stavu duté žíly, venózního sinu a blízkých oblastí srdce.

Zóny primární elektrické aktivity, které určují rytmus srdečních kontrakcí, se mohou pohybovat při změně funkčního stavu srdce. To se děje jak normálně, tak při zhoršení vnějších podmínek. Dlouhodobé zkušenosti v podmínkách in vitro, zahřátí srdce žáby na více než 20 o C, vede k výskytu arytmií. Nejprve je narušeno vedení vzruchu ze síní do komory a poté dochází pouze ke kontrakcím vena cava a venózního sinu. Normálně můžete analyzovat sekvenci kontrakcí v této zóně Klip 6. Další klip (Klip 7) ukazuje změny ve fungování venózního sinu a síní po 15 minutách. Došlo k úplné sinoatriální blokádě, excitační vlna nepřechází do síní, místem blokády je sinoatriální prstenec.

Nozdrachev A.D., Polyakov E.L. Anatomie žáby. (Laboratorní zvířata). M., Vyšší škola”, 1994. S. 320.
Terentyev P.V. Žába. (Laboratorní zvířata). M., 1950. S. 345.
Minkoff E.C. Laboratorní průvodce anatomií žáby. N.-Y., 1975.

199034, Petrohrad, nábřeží Universitetskaya, 7.-9
© St. Petersburg State University, 2006-2017

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Витязев В.А., Крандычева В.В., Цветкова А.И.

В статье описан уникальный случай, когда из 36 пойманных в окрестности г. Сыктывкара (Россия, Республика Коми, август 2017 г.) серых жаб (Bufo Bufo) одна имела своеобразное строение сердца . При проведении экспериментов, после вскрытия грудной клетки, обнаружено два, тесно связанных между собой, желудочка сердца . Дополнительный желудочек проявлял электрическую активность, но в процессах желудочковой гемодинамики никак себя не проявлял. Данная информация может быть интересна для экологов , биологов и физиологов, занимающихся исследованиями сердечно-сосудистой системы.

i Už vás nebaví bannery? Reklamu můžete vždy vypnout.

A TOAD HEART WITH «TWO VENTRICLES»

The experimental animals common toads (Bufo bufo) in a total amount of 36 were collected in the vicinity of Syktyvkar (Russia, Komi Republic) during summer (August, 2017). While performing the experiments there was found a sample with two closely connected ventricles. The additional ventricle displayed electrical activity, however, it did not have any effect on ventricular hemodynamics. The data obtained may be of value to environmental scientists, biologists and physiologists involved in researches on the cardiovascular system.

ČTĚTE VÍCE

Jak se jmenuje květina vdova?

Текст научной работы на тему «Сердце жабы с «двумя желудочками»»

Известия Коми научного центра УрО РАН № 3(35). Сыктывкар, 2018.

DOI 10.19110/1994-5655-2018-3-111-113 СЕРДЦЕ ЖАБЫ С «ДВУМЯ ЖЕЛУДОЧКАМИ»

В.А. ВИТЯЗЕВ, В.В. КРАНДЫЧЕВА, А.И. ЦВЕТКОВА

Институт физиологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар Vityazev.vladimir@mail.ru, As.tsvetkova@mail.ru, Game-76@mail.ru

В статье описан уникальный случай, когда из 36 пойманных в окрестности г. Сыктывкара (Россия, Республика Коми, август 2017 г.) серых жаб (Bufo Bufo) одна имела своеобразное строение сердца. При проведении экспериментов, после вскрытия грудной клетки, обнаружено два, тесно связанных между собой, желудочка сердца. Дополнительный желудочек проявлял электрическую активность, но в процессах желудочковой гемодинамики никак себя не проявлял. Данная информация может быть интересна для экологов, биологов и физиологов, занимающихся исследованиями сердечно-сосудистой системы.

Ключевые слова: амфибии, кардиология, сердце, желудочек, экология

V.A. VITYAZEV, V.V. KRANDYCHEVA, A.S. TSVETKOVA. A TOAD HEART WITH «TWO VENTRICLES»

The experimental animals — common toads (Bufo bufo) — in a total amount of 36 were collected in the vicinity of Syktyvkar (Russia, Komi Republic) during summer (August, 2017). While performing the experiments there was found a sample with two closely connected ventricles. The additional ventricle displayed electrical activity, however, it did not have any effect on ventricular hemody-namics. The data obtained may be of value to environmental scientists, biologists and physiologists involved in researches on the cardiovascular system.

Keywords: amphibians, cardiology, heart, ventricle, ecology

Введение. Трёхкамерное сердце земноводных состоит из двух предсердий и желудочка [1-4]. У жабы кровь из желудочка сердца протекает по артериям во все органы и ткани, а из них по венам оттекает в правое предсердие — это большой круг кровообращения. Кроме того, из желудочка кровь поступает в легкие и кожу, а из легких обратно в левое предсердие сердца — это малый круг кровообращения. При сокращении желудочка сначала выталкивается наименее окисленная кровь, которая посредством кожно-легочных дуг поступает к легким для газообмена (малый круг кровообращения). Кроме этого, легочные артерии посылают свои ответвления в кожу, которая также принимает активное участие в газообмене. Следующая порция смешанной крови направляется в системные дуги аорты и далее ко всем органам тела. Наиболее насыщенная кислородом кровь поступает в сонные артерии, снабжающие головной мозг. Большую роль в разделении токов крови у бесхвостых амфибий играет спиральный клапан артериального конуса.

В ходе исследований нам в руки попалась жаба с двумя желудочками, показалось интересным исследовать электрическую и насосную функ-

ции желудочков у жабы с нетипичным анатомическим строением сердца.

Методы. Исследование выполнено с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/609/EEC) и Хельсинской декларации.

Эксперимент проведён на взрослой серой жабе Bufo Bufo массой тела 26 г. Животное наркотизировали, помещая в емкость с 20%-ным спиртовым раствором на 3 мин. Затем ей вскрыли грудную полость и перикард. Температуру тела во время эксперимента поддерживали на уровне 240 С.

После подготовки животного регистрировали электрофизиологические и гемодинамические показатели. Проводилась запись ЭКГ от стандартных биполярных отведений. Для регистрации сердечного выброса изолировали аорту от прилегающих тканей, ультразвуковой датчик устанавливали на аорту, измеряли сердечный выброс как среднюю скорость кровотока в аорте. Регистрацию среднего давления в желудочке производили путем прямого введения катетера (через стенку) в полость желудочка. Запись гемодинамических параметров проводили с помощью системы Hugo Sachs Elektronik-

ČTĚTE VÍCE

Kde žije Pufferfish?

Известия Коми научного центра УрО РАН. №3(35). Сыктывкар, 2018

Рис.1. Сердце жабы с двумя желудочками. Pic. 1. Toad’s heart with two ventricles.

боковыми поверхностями. Они находились в единой перикардиальной сумке.

На рис. 2 представлены синхронные записи ЭКГ, сердечного выброса, внутрижелудочкового давления. Расширенный комплекс QRS имеет два положительных отклонения. Повышение внутрижелудочкового давления и изгнание крови совпадают с первым положительным пиком комплекса QRS. Для сравнения ЭКГ нормального сердца жабы выглядит следующим образом: комплексу QRS предшествует положительная Р-волна, сам комплекс QRS имеет один положительный пик, фазу реполяризации отражает положительная Т-волна.

Заключение. Таким образом, можно сказать, что в сердце жабы с двумя желудочками, один из них является основным, который выполняет нагнетательную функцию, а второй — придаток, проявляющий некоторую электрическую активность (второе положительное отклонение комплекса QRS), но не несёт за собой никакой функциональной нагрузки (повышение давления, изгнание крови).

1. Davies F, Francis E.T. The conducting system of the vertebrate heart // Biol Rev Camb Phy-los Soc. 1946; 21 (4): Р.173-188.

2. Moorman A.F., Christoffels V.M. Cardiac chamber formation: development, genes, and evolution // Physiol Rev. 2003; 83(4): Р.1223-1267.

3. Sedmera D, Reckova M, deAlmeida A., Sedme-rova M. et al. Functional and morphological evidence for a ventricular conduction system in

Рис.2. Синхронная запись ЭКГ (I отведение), сердечного выброса и давления в желудочке. Pic. 2. Simultaneous ECG recording (I lead), cardiac output and ventricular pressure.

Harvard Apparatus (March-Hugstetten, Germany). Все показатели регистрировали синхронно [5].

Результаты и обсуждение. Во время проведения эксперимента, после вскрытия грудной клетки животного, было обнаружено сердце с двумя полностью сформированными желудочками. На рис. 1 видны два желудочка, соединенные вместе

zebrafish and Xenopus hearts // Am J Physiol. Heart Circ Physiol. 2003; 284 (4): P.1152-1160.

4. Jensen J., Wang T., Christoffels V.M., Moorman A.F. Evolution and development of the building plan of the vertebrate heart // Biochem Bio-phys Acta. 2013; 1833(4): P.783-794.

Известия Коми научного центра УрО РАН. №3(35). Сыктывкар, 2018

5. Насосная функция желудочка лягушек при эктопическом возбуждении / Н.А. Киблер, А.С. Белоголова, М.А. Вайкшнорайте, Я.Э. Азаров, Д.Н. Шмаков // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2008. №2. С. 176-183.

1. Davies F., Francis E.T. The conducting system of the vertebrate heart // Biol. Rev. Camb. Phylos. Soc. 1946; 21 (4): P.173-188.

2. Moorman A.F., Christoffels V.M. Cardiac chamber formation: development, genes, and evolution // Physiol. Rev. 2003; 83(4): P.1223-1267.

3. Sedmera D, Reckova M., deAlmeida A., Sedme-rova M. et al. Functional and morphological evi-

dence for a ventricular conduction system in zebrafish and Xenopus hearts // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2003; 284 (4): P.1152-1160.

4. Jensen J., Wang T., Christoffels V.M., Moorman A.F. Evolution and development of the building plan of the vertebrate heart // Biochem. Bio-phys. Acta. 2013; 1833(4): P.783-794.

5. Kibler NA., Belogolova AS, Vaikshnoraite MA., Azarov Ya.E., Shmakov D.N. Nasosnaya funk-ciya zheludochka lyagushek pri ektopicheskom vozbyzhdenii [Ventricular pump function under ectopic excitation of the frog heart] // Seche-nov Physiology J., 2008, No. 2. P.176-183.

Статья поступила в редакцию 20.05.2018.