Развитие сосудов почек - васкулогенез

Обновлено: 08.05.2024

АГ — артериальная гипертония

ИР — индекс резистентности

МА — междолевые артерии

ПА — почечная артерия

ПД — пульсовое давление

ППИ — паренхимопиелический индекс

СА — сегментарные артерии

СКФ — скорость клубочковой фильтрации

УЗДГ — ультразвуковая допплерография

УЗИ — ультразвуковое исследование

ХБП — хроническая болезнь почек

ХГН — хронический гломерулонефрит

Высокий стандартизованный показатель смертности у больных хронической болезнью почек — ХБП (70 на 1000 больных) обусловливает необходимость постоянного совершенствования подходов к выявлению признаков поражения почек на ранних его этапах [1]. Современная диагностика ХБП включает следующие параметры: скорость клубочковой фильтрации (СКФ), альбуминурию/протеинурию, изменения осадка мочи и электролитного баланса вследствие поражения канальцев, данные нефробиопсии, наличие трансплантации в анамнезе, а также особенности изменений структуры и размеров почек по данным ультразвукового исследования (УЗИ) [2—4]. Вместе с тем при первичной диагностике ХБП перечисленные данные не позволяют достаточно точно охарактеризовать тяжесть поражения почек и степень нефросклероза, тем более что проведение биопсии почки с этой целью не всегда возможно. В связи с этим обоснован поиск клинических и лабораторных факторов неблагоприятного прогноза ХБП. Согласно ряду исследований к ним относятся возраст пациента, выраженность протеинурии (ПУ), снижение СКФ, наличие артериальной гипертонии (АГ) [4—6]. Помимо этого в прогрессирование ХБП большой вклад вносит нарушение внутрипочечной гемодинамики. Одним из методов визуальной оценки, позволяющим характеризовать особенности внутрипочечного кровотока, является ультразвуковая допплерография (УЗДГ) сосудов почек, позволяющая определить расчетные индексы, в частности индекс резистентности (ИР), который отражает сопротивление мышечного слоя стенки сосуда. С целью уточнения диагностической значимости УЗДГ в определении темпов прогрессирования ХБП сопоставляли клинико-лабораторные показатели со значениями ИР магистральных и внутрипочечных артерий.

Материалы и методы

В ретроспективное исследование включили 53 больных с признаками ХБП, находившихся под наблюдением в Клинике нефрологии, внутренних и профессиональных болезней им. Е.М. Тареева в период с января 2003 г. по октябрь 2013 г. Среди них 25 (47,2%) женщин и 28 (52,8%) мужчин; средний возраст составил 44,4±13,6 года.

Всех больных разделили на две сопоставимые по численности группы: 26 с преобладанием гломерулярной патологии (хронический гломерулонефрит — ХГН) и 27 с тубулоинтерстициальными повреждениями, в частности 9 пациентов страдали тубулоинтерстициальным нефритом (ТИН), 4 — хроническим пиелонефритом, 6 — поражением почек, ассоциированным с гипертонической болезнью, 5 — с антифосфолипидным синдромом, оставшиеся — поликистозом почек. При первой госпитализации анализировали клинические, инструментально-лабораторные данные пациентов: возраст, суточная ПУ, СКФ (рассчитывали по формуле CKD-EPI), систолическое и диастолическое артериальное давление, пульсовое давление (ПД), ИР по данным УЗДГ. Для определения темпов прогрессирования почечной недостаточности в динамике оценивали СКФ. Снижение СКФ на 10 мл/мин/1,73 м 2 расценивали как снижение функции почек. Период наблюдения пациентов составил 14±2,64 мес.

Стандартное УЗИ, УЗДГ провели всем 53 пациентам на ультразвуковом аппарате экспертного класса Sonoline Antares («Siemens Medical Solutions») с использованием датчика с частотой 1—5 МГц. Измеряли длину и поперечный размер почек, толщину почечной паренхимы с последующим расчетом средних значений. Паренхимопиелический индекс (ППИ) вычисляли как отношение размера паренхимы к размеру центрального эхокомплекса, который включает чашечно-лоханочную систему с жировой тканью, кровеносные и лимфатические сосуды [7]. ИР — это отношение разницы между максимальной систолической скоростью и конечной диастолической к максимальной систолической скорости, определявшийся для почечной артерии (ПА), междолевых артерий (МА) и дуговых артерий почек. Для сравнительного анализа корреляции в независимых выборках между количественными данными применяли критерий Пирсона (где р

Для оценки прогностической значимости ИР ПА, сегментарных артерий (СА) и МА, их чувствительности и специфичности, применяли ROC-анализ с построением одноименных кривых.

Для определения факторов, влияющих на внутрипочечную гемодинамику, применяли пошаговый многофакторный регрессионный анализ.

Результаты

При анализе связи ИР с клиническими и лабораторными параметрами у всех больных выявлено, что ИР почечных сосудов находятся в прямой зависимости от возраста пациентов и ПД (табл. 1).

Таблица 1. Взаимосвязь возраста пациента, ПД и СКФ, определяемой по формуле CKD-EPI, и ИР в устье ПА и внутрипочечных артериях

ИР устья ПА и внутрипочечных артерий находятся в обратной зависимости от СКФ (см. табл. 1), статистически значимой связи с выраженностью ПУ не выявлено.

В связи с тем что при поликистозе нарушается кортикомедуллярная дифференциация структуры почки, для корректной оценки связи между ИР и размерами почек из выборки исключили больных с кистозными изменениями почек. Оказалось, что ИР устья ПА (r=0,370; p=0,006) и СА (r=0,377; p=0,007) находится в прямой связи с длиной почки, в то время как МА — в обратной (r=–0,564; p=0,0001). Поперечный размер почки прямо положительно коррелировал с ИР устья ПА (r=0,357; p=0,009), СА (r=0,521; p=0,0001) и МА (r=0,377; p=0,005).

Для анализа структурных изменений оценивали толщину почечной паренхимы и ППИ. В обратной связи с показателем толщины почечной паренхимы и значениями ППИ находились ИР ПА (r=–0,440; p=0,004; r=–0,392; p=0,011), СА (r=–0,361; p=0,024; r=–0,334; p=0,038), МА (r=–0,310; p=0,033; r=–0,345; p=0,025).

Для более детального анализа взаимосвязи клинико-лабораторных параметров ИР выборку, которая характеризуется гетерогенностью заболеваний с принципиально разным патогенезом, разделили на 2 группы: пациенты с гломерулярными болезнями и пациенты с интерстициальными болезнями (АГ, пиелонефрит и ТИН). Данное соотношение составило 49,05 и 35,83%.

В группе пациентов с гломерулярными болезнями обнаружена положительная корреляция между ИР и выраженностью ПУ и отрицательная с СКФ (табл. 2). При этом в группе гломерулярных болезней размеры почки и показатели, отражающие ее структуру, в частности толщина паренхимы и ППИ, не зависели от ИР.

Таблица 2. Взаимосвязь П.У. и ИР устья ПА и паренхиматозных почечных артерий у больных с гломерулярными болезнями

Практически обратная ситуация наблюдалась в группе пациентов с интерстициальными поражениями почек. Так, индексы сосудистого сопротивления не коррелировали со значениями ПУ и СКФ (определяемой по расчетным формулам), но коррелировали с размерами почки (см. табл. 2).

Значение ИР устья ПА как прогностического признака ухудшения функции почек имело площадь под ROC-кривой 0,668 (p=0,038), что характеризует ее качество как хорошее. Точка перегиба кривой, т. е. пороговое значение, при котором наблюдалось ухудшение функции почек, составила 0,715, причем чувствительность достигала 56%, а специфичность — 71%. Под ROC-кривой для ИР СА была больше, чем для устья ПА 0,749 (p=0,002), с точкой перегиба 0,67, в которой чувствительность равна 62,5%, а специфичность — 78%. Самую большую площадь под ROC-кривой определена для ИР МА — 0,781 (p<0,001), где точка перегиба кривой равнялась 0,655 с чувствительностью 71% и специфичностью 72% (см. рисунок).

ROC-кривые для ПУ и ИР устья ПА и внутрипочечных артерий у пациентов исследуемой выборки.

Таким образом, данное исследование демонстрирует, что наибольшей прогностической значимостью для оценки темпов прогрессирования ХБП обладает ИР МА.

Кроме того, нами проведено сравнение чувствительности и специфичности ИР ПА и внутрипочечных сосудов с достоверным прогностическим признаком ухудшения функции почек — П.У. На рисунке видно, что по прогностической ценности ИР сопоставимы с ПУ (AUC=0,749; p=0,002).

Для оценки влияния факторов, определяющих внутрипочечную гемодинамику, применен пошаговый многофакторный регрессионный анализ, в который включены возраст пациента, ИМТ, ПД, значение протеинурии, СКФ (расчетная по CKD-EPI и определенная по формуле Реберга—Тареева), концентрации креатинина и мочевой кислоты в крови. Оказалось, что среди исследуемых показателей на ИР статистически значимо влияют возраст пациента (β=0,522; р=0,0001) и концентрация креатинина в плазме крови (β=0,482; р=0,001; r 2 =0,5; p<0,001).

Результаты проведенной работы позволяют считать измерение ИР у пациентов с ХБП целесообразным в связи с рядом причин. Так, величина ИР напрямую зависит от возраста пациента и ПД [9—11]. Такой результат свидетельствует, что ИР является отражением степени повреждения почечных сосудов, во многом зависящих от таких патологических процессов, как АГ и атеросклероз. Прямая зависимость между значениями ИР устья ПА и ПД свидетельствует, что данный индекс отражает нарушения системной гемодинамики; это же показано в других работах [12]. Важно отметить, что повышение ИР МА служит фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний у пожилых пациентов, а также ассоциирован с высоким риском по Фрамингемской шкале [10, 13]. В нашей работе показано, что УЗДГ с расчетом ИР сосудов почек разного калибра позволяет определить признаки и выраженность нарушения функции и структуры почек: снижение СКФ, толщины почечной паренхимы и изменения ППИ.

При гломерулярных болезнях ИР сосудов почек ассоциирован с выраженностью ПУ и снижения СКФ, вероятно, вследствие фиброза почечной паренхимы, в то время как при интерстициальных — нарушения размеров почки и ее структуры. Отражает ли ИР почечных сосудов выраженность гломерулосклероза, спорный вопрос. Так, в работах J. Platt и соавт. [14] показано отсутствие корреляций между значениями ИР и выраженностью гистологических изменений. К таким же выводам пришли N. Bige и соавт. [15], причем по их результатам изолированное поражение клубочков не было ассоциировано даже с изменением И.Р. При этом в одной из последних работ на достаточно большой выборке (n=202) пациентов с гломерулонефритом и поражением интерстициальной ткани показано, что ИР почечных сосудов коррелирует с выраженностью склероза клубочков [16]. Ранее также показана связь между склерозом клубочков, интерстициальной ткани и ростом ИР [9]. Однако, учитывая в целом противоречивые результаты работ, отсутствие крупных рандомизированных исследований, сложно сказать, отражает ли изменение величины ИР степень поражения клубочкового аппарата. Вероятно, что повышение ИР почечных сосудов более мелкого калибра отражает поражение клубочкового аппарата. Кроме того, обе упомянутые работы характеризуются тем, что в выборке есть пациенты с разными группами нефропатий. В нашей работе сопоставлялись данные больных с преимущественно первичным гломерулярным и преимущественно интерстициальным механизмом нефропатий. Благодаря этому впервые отмечена корреляция между ИР и ПУ.

Повышенные значения ИР, полученные при изучении больных с преимущественно интерстициальным поражением почек, совпадают с данными других авторов [14, 17]. Основные механизмы, которые приводят к такой связи, — увеличение сосудистого сопротивления и внутрисосудистого давления вследствие атеросклероза ветвей почечных артерий и фиброза почечной паренхимы.

Кроме связи с клинико-лабораторными параметрами и выраженностью гистологических изменений важность измерения величины ИР продиктована тем, что его повышенные и высокие значения ассоциированы с ухудшением функции почек. Одной из первых работ, в которой показана прогностическая значимость ИР относительно тяжести течения нефропатии, является исследование J. Platt и соавт. [18], проведенное на выборке пациентов с волчаночным нефритом. Значительно позднее T. Sugiura и соавт. [19] показали прогностическую значимость ИР на выборке из 311 человек с ХБП с периодом наблюдения 2 года. Сходные данные получены и в работе N. Bige и соавт. [15]. При этом в обеих работах показано разное пороговое значение ИР, что связано с изучением сосудов разного калибра, а также степенью снижения СКФ — при ИР 0,70 степень снижения на протяжении 2 лет составила 10 мл/мин 1,73 м 2 /год, а при ИР 0,65 — 5 мл/мин 1,73 м 2 /год. Учитывая такую разницу, мы исследовали сосуды разного калибра. Согласно нашим данным, ИР МА является наиболее точным параметром для определения степени прогрессирования ХБП, при этом прогностически неблагоприятным является ИР более 0,65. Прогностическая ценность данного значения совпадает с и ПУ — доказанного фактора риска прогрессирования ХБП. Важно подчеркнуть, что ИР 0,65 находится в пределах референсных значений, тем не менее оно ассоциировано с ухудшением функций почек, что обусловливает необходимость адекватной терапии.

Другой вывод нашей работы состоит в том, что наиболее значимыми факторами, влияющими на ИР МА, являются возраст пациента и концентрация креатинина в сыворотке крови.

Заключение

Таким образом, данные УЗДГ сосудов почек, в частности ИР, позволяют уточнить степень фиброза почек и могут использоваться в качестве дополнительного прогностического фактора, позволяющего прогнозировать скорость прогрессирования ХБП.

Развитие сосудов почек - васкулогенез

Нефрогенез - эмбрилогия развития почек

В процессе развития почки происходит онтогенетическая рекапитуляция трех органов: предпочки (пронефроса), первичной почки (мезонефроса) и окончательной почки (метанефроса). Первые две существуют очень недолго, однако необходимы для формирования окончательной почки. До недавнего времени наши знания о морфогенезе почек большей частью ограничивались только описаниями, пусть и изящными, анатомии развития эмбриона. Достижения молекулярной биологии проливают свет на сложные механизмы, лежащие в основе структурного (и функционального) развития почки.

Почка развивается из промежуточной мезодермы. У человека на третьей неделе внутриутробного развития закладывается предпочка — рудиментарный и, по имеющимся данным, нефункционирующий орган, претерпевающий обратное развитие между четвертой и пятой неделями. Предпочка возникает в головном конце эмбриона между вторым и шестым сомитами. Она состоит из пяти—семи везикул, переходящих в канальцы, которые открываются в проток предпочки — предшественник вольфова протока.

Из вольфова протока развивается мочеточниковый вырост, необходимый для образования окончательной почки. Если предпочка не развилась, это приведет к агенезии почки, а в некоторых случаях также надпочечника и легкого на той же стороне тела. Второй временной почкой у человека и других высших позвоночных является первичная почка, которая закладывается между третьей и четвертой неделями внутриутробного развития. В ней развиваются структуры, сходные с клубочками; это первая функциональная единица почки человеческого эмбриона. Между пятой и двенадцатой неделями канальцы первичной почки (около 40) открываются в вольфов проток.

Затем первичная почка подвергается дегенерации от головного конца эмбриона к ножному; из вольфова протока у мальчиков образуются придаток яичка и семявыносящий проток, а из канальцев первичной почки — выносящие канальцы яичка. У девочек вольфов проток частично подвергается обратному развитию, однако сохраняются рудиментарные структуры, такие как придаток яичника, околояичник и гартнеров канал. Вольфов проток у девочек необходим для развития мюллеровых протоков; если первичная почка не развилась нормально, наблюдаются агенезия почки и мочеточника на той же стороне тела, агенезия маточной трубы, а также контралатерально расположенная однорогая матка и атрезия влагалища.

Примерно на пятой неделе внутриутробного развития у млекопитающих закладывается окончательная почка. Ее развитие начинается с того, что мочеточниковый вырост (отросток каудальной части вольфова протока) и клетки мезенхимы метанефрогенной ткани взаимодействуют, индуцируя друг друга. У человеческого эмбриона мочеточниковый вырост дорсально внедряется в каудальную часть метанефрогенной ткани и вместе с ней перемещается в направлении головного конца эмбриона.

Смещение метанефрогенной ткани вверх из тазового положения в окончательное поясничное завершается между восьмой и девятой неделями внутриутробного развития. Перемещаясь вверх, почка, кроме того, разворачивается на 90°, так что почечные ворота занимают окончательное срединное положение. Что управляет смещением почки вверх и ее поворотом, пока не известно. Из мочеточникового выроста образуются чашечно-лоханочная система и мочеточники, и его рост и ветвление определяют сложную трехмерную структуру почки. Специфическая индукция метанефрогенной ткани ампулой мочеточникового выроста ведет к образованию нефронов, или нефрогенезу.

Нефрогенез — это сложный процесс дифференцировки и направленного роста клеток разных типов, приводящий к образованию нефронов. Под воздействием мочеточникового выроста клетки мезенхимы дифференцируются в клетки канальцевого и клубочкового эпителия. В свою очередь, индуцированная мезенхима стимулирует рост мочеточника вглубь метанефрогенной ткани и его ветвление. Вокруг кончика каждой ветви тесно группируются клетки мезенхимы — процесс, называемый конденсацией. После конденсации группа примерно из 100 клеток образует везикулу, которая развивается в клубочек, имеющий сначала форму запятой, а затем S-образную.

В ходе нефрогенеза из мезенхимы метанефрогенной ткани образуются клубочки, проксимальные канальцы, петли Генле и фибробласты интерстиция, а ветви мочеточникового выроста дают начало эпителию собирательных трубочек. У человеческого эмбриона образование клубочков завершается к 35-й неделе внутриутробного развития. После рождения новые нефроны уже не образуются. Однако каждый каналец продолжает созревать в течение еще нескольких месяцев — петля Генле удлиняется в направлении мозгового вещества почки, а проксимальный каналец делается более извитым.

А, Б. Взаимодействие эпителия ветвящегося мочеточникового выроста с рыхлой мезенхимой метанефрогенной ткани приводит к конденсации мезенхимы. Цифрами на Б обозначены: 1 — эпителий мочеточникового выроста; 2 — кровеносные сосуды; 3 — недифференцированная мезенхима; 4 — конденсированная мезенхима, дифференцирующаяся в клетки эпителия.

В, Г. Примитивный клубочковый эпителий сворачивается сначала в структуру, имеющую форму запятой, а затем в S-образную. Д, Е. Проксимальные и дистальные канальцы удлиняются; одновременно формируется структура подоцитов, кровеносные сосуды образуют все больше петель внутри капсулы клубочка, и в конечном счете образуется зрелая сеть клубочковых капилляров. Сосуды клубочков, как полагают, начинают образовываться на ранних стадиях формирования клубочков (В, Г).

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Одновременно с нефрогенезом происходит развитие кровеносной системы почек. Хотя традиционно считалось, что почечные сосуды образуются из уже существующих внепочечных в результате процесса, называемого ангиогенезом, недавние исследования показали, что они могут развиваться внутри самой почки в результате другого процесса, называемого васкулогенезом.

Показано, что важнейшую роль в развитии почечных сосудов играет фактор роста эндотелия с его рецепторами Kdr (Flk-1) и Flt-1 — они стимулируют дифференцировку эндотелиальных клеток, образование капилляров и поддержание пористой структуры эндотелия почечных сосудов.

Интересно, что рост сосудов почки, по-видимому, зависит от концентрации в тканях кислорода, регулирующей синтез фактора роста эндотелия. В условиях относительной гипоксии, наблюдающейся в эмбриональной почке, этот синтез увеличивается, что ведет к дифференцировке ангиобластов, их пролиферации и сборке в эндотелиальные трубки.

Эфрины — это гликопротеиды, которые либо связаны с клеточной мембраной через гликозилфосфатидилинозитол (эфрин А), либо пронизывают клеточную мембрану (эфрин В). Эфрины связываются с рецепторами с собственной тирозинкиназной активностью семейства Eph (erythropoietin-producing hepatocellular receptor — рецепторы эритропоэтинсекретирующих печеночных клеток), очень узкоспецифичных по своему распределению и функциям. Эфрины могут направлять миграцию эндотелиальных клеток после завершения их дифференцировки.

В развитии сосудов участвует также система ангиопоэтина, состоящая из ангиопоэтина-1 и ангиопоэтина-2. Ангиопоэтин-1 активирует рецептор с собственной тирозинкиназной активностью Tie2 (Тек), экспрессирующийся лишь в клетках эндотелия и клетках ранних стадий кроветворения. Ангиопоэтин-2 блокирует этот рецептор, являясь антагонистом ангиопоэтина-1.

Ангиопоэтин-2 может действовать и синергично с фактором роста эндотелия, облегчая отщепление новых отростков сосудов тем, что блокирует их стабилизацию и созревание под влиянием ангиопоэтина-1; в отсутствие же фактора роста эндотелия ангиопоэтин-2 может способствовать регрессии сосудов.

Семейство факторов транскрипции Ets регулирует каскад генов, влияющих на кроветворение (CSF1, SPI1), транскрипцию ренина, дифференцировку клеток эндотелия (VEGF, KDR, FLT1) и активность протеаз (ММР1, PLAU). У мышей с направленной делецией гена ETS1 описаны тяжелые нарушения клубочковых капилляров.

Тромбоцитарный фактор роста b, вероятно, участвует в дифференцировке клеток мезангия, поскольку у мышей с делецией гена PDGFB или PDGFRB мезангиальные клетки и капилляры клубочков не развиваются.

Хотя мы стали гораздо лучше понимать, как формируются клубочковые капилляры, процесс образования почечных артериол далеко не так ясен, а механизмы, участвующие в сборке артериол, неизвестны. Многочисленные исследования показали, что ренин-ангиотензиновая система участвует в ветвлении почечных артериол; появление ренинсекретирующих клеток в артериолах совпадает с началом их ветвления. Обнаружена роль ренин-ангиотензиновой системы в ветвлении артериол.

У крыс под действием ингибиторов ренин-ангиотензиновой системы ветвление артериол прекращается, они укорачиваются и утолщаются, гладкомышечные клетки располагаются в них концентрическими слоями; можно предположить, что отсутствие ангиотензина ведет к появлению незрелых гладкомышечных клеток, которые избыточно пролиферируют, располагаясь концентрически, словно утратили способность к правильной ориентации. Сходные аномалии сосудов наблюдались при направленной делеции генов АПФ, ангиотензиновых рецепторов и ангиотензиногена.

Стоит отметить, что отклонениям в сосудообразовании сопутствуют разнообразные гистологические нарушения, включая замедленное развитие клубочков, образование кист и общие нарушения структуры почки. Сходные изменения обнаруживают у новорожденных, чьи матери во время беременности получали ингибиторы АПФ.

Основные стадии образования кровеносной системы нефрона

А. Мочеточниковый вырост индуцирует мезенхиму, которая конденсируется вокруг кончиков его ветвей и постепенно дифференцируется в эпителий нефрона. Расположенные по соседству клетки мезенхимы на вид не отличаются друг от друга. Однако одни из них являются предшественниками клеток эндотелия, другие — мезангиальных или ренинсекретирующих клеток.

Б. Конденсированная мезенхима через стадии везикулы и клубочка в форме запятой (не показаны) достигла изображенной здесь стадии S-образного клубочка. В нижнюю щель клубочка проникают предшественницы клеток эндотелия, которые группируются, образуя эндотелиальный слой артериолы, и привлекают предшественниц гладкомышечных, мезангиальных и юк-стагломерулярных клеток (или индуцируют дифференцировку в них клеток мезенхимы). Эти клетки образуют оболочку артериол и мезангий клубочка.

В. У клубочка появились артериолы, содержащие гладкомышечные и ренинсекретирующие клетки. В раннем внутриутробном периоде артериолы богаты последними. Образовались также петли капилляров клубочка; в клубочек уже проникли клетки мезангия.

Факторы влияющие на нефрогенез - развитие почки

Дифференцировкой клеток и образованием трехмерной структуры почки при нефрогенезе управляет сложная система двусторонних сигналов между дифференцирующимися клетками и их окружением.

Глиальный нейротрофический фактор (GDNF). Взаимодействие этого фактора с рецепторным комплексом, состоящим из белков Ret и GDNFRa, — главный регулятор ветвления мочеточникового выроста вглубь мезенхимы метанефрогенной ткани. Экспрессия гена GDNF в мезенхиме контролирует рост мочеточникового выроста из вольфова протока, а кроме того, отвечает за ветвление выроста внутри мезенхимы. При направленной делеции гена GDNFy животных развиваются канальцы первичной почки и нормально формируется вольфов проток, однако мочеточниковый вырост отсутствует. Без индукции со стороны мочеточникового выроста метанефрогенная ткань постепенно подвергается апоптозу, что ведет к развитию дефектной почки или ее агенезии.

Семейство генов PAX. Факторы транскрипции, кодируемые семейством генов PAX, имеют ДНК-связывающий домен, который называется парный бокс. Показано, что несколько генов семейства PAX важны при развитии почек у мышей и человека. Два из них, РАХ2 и РАХ8, экспрессируются в развивающейся почке с некоторым перекрытием во времени. РАХ2 экспрессируется в вольфовом протоке, мочеточниковом выросте и метанефрогенной ткани. Сходно с ним распределение РАХ8, но он начинает экспрессироваться немного позже, в образующихся при конденсации мезенхимы везикулах и S-образном клубочке.

Мутации гена РАХ2 у человека приводят к недоразвитию почек. У этого гена неполное доминирование: даже у гетерозигот его мутации могут проявляться в фенотипе. У человека описан синдром с аутосомно-доминантным наследованием, вызванный мутацией гена РАХ2 и включающий дисплазию почек, пузырно-мочеточниковый рефлюкс и колобому, причина которого — мутация в гене РАХ2.

Фактор транскрипции WT1. Ген-супрессор опухоли Вильмса (WT1) кодирует фактор транскрипции с ДНК-связывающим доменом типа «цинковый палец»; с его помощью мезенхима стимулирует отпочковывание мочеточникового выроста от вольфова протока. Этот ген начинает экспрессироваться в мезенхиме при ее конденсации рядом с клетками мочеточникового выроста, рост которых она стимулирует, но не в нем самом и продолжает экспрессироваться в формирующемся S-образном почечном клубочке.

WT1 подавляет экспрессию нескольких факторов роста, в том числе ИФР-II и А-цепи тромбоцитарного фактора роста. В начале конденсации экспрессия гена WT1 возрастает, благодаря чему нет избыточной пролиферации мезенхимных клеток. В отсутствие фактора WT1 метанефрогенная ткань могла бы расти безостановочно. Мутации гена WT1 у человека вызывают опухоль Вильмса (нефробластому), синдром Дени—Дрэша и синдром Фрайзера.

Белки семейства WNT. Эти белки стимулируют трансформацию метанефрогенной ткани в клетки эпителия. В растущем вольфовом протоке экспрессируется ген WNT11, но затем его экспрессия сосредоточивается в участке протока непосредственно рядом с метанефрогенной тканью. При появлении мочеточникового выроста ген WNT11 экспрессируется лишь на его конце, а затем всегда обнаруживается на кончиках растущих разветвлений. Ген WNT4 необходим для трансформации индуцированной мезенхимы в эпителий.

Гены ЕМХ2 и BF2. Ген ЕМХ2, содержащий гомеобокс, необходим для ветвления мочеточникового выроста. У мышей с мутацией этого гена мочеточниковый вырост удлиняется и взаимодействует с мезенхимой, но не способен ветвиться. Ген BF2 вначале экспрессируется в клетках мезенхимы, рядом с клетками, экспрессирующими ген РАХ2. Клетки, экспрессирующие BF2, становятся потом интерстициальными клетками, а клетки, экспрессирующие РАХ2, — клетками почечного эпителия. У мышей с мутацией гена BF2 на всем протяжении процесса образования коркового и мозгового вещества в нем продолжают сохраняться интерстициальные клетки. У таких мышей сильно подавлен процесс ветвления мочеточникового выроста.

Молекулы адгезии. Молекулы адгезии — это гликопротеиды, участвующие в межклеточных контактах; некоторые из них, такие как Е-кадгерин и NCAM (молекула адгезии нервных клеток), экспрессируются в почке. Взаимодействия между молекулами адгезии и гликопротеидами внеклеточного матрикса — важнейшие события в развитии почки, регулируемые интегринами; по-видимому, эти взаимодействия различны на разных стадиях нефрогенеза и в разных сегментах. Важную для развития почки роль могут играть также ламинины, протеогликаны и ферменты деградации внеклеточного матрикса.

Интегрины — главное семейство рецепторов к внеклеточному матриксу; это гетеродимерные белки, каждый из которых образован двумя цепями: а и b. Для развития почки важны а3b1- и а8b1-интегрины. В отсутствие а8b1-интегрина мочеточниковый вырост формируется, но не растет в направлении метанефрогенной ткани и не ветвится. В мочеточниковом выросте, собирательных трубочках, в эндотелии клубочков и подоцитах экспрессируется а3b1-интегрин. Результаты, полученные на мышах с направленной делецией гена а3b1 -интегрина, указывают на его роль в развитии подоцитов, формировании базальной мембраны клубочков и ветвлении мочеточникового выроста.

Факторы роста. Почкой эмбриона вырабатываются морфогены, влияющие на выживаемость клеток, их пролиферацию, дифференцировку и морфогенез, — факторы роста и цитокины. Список возможных регуляторов — в их числе многие секретируемые факторы и их рецепторы, либо экспрессирующиеся в эмбриональной почке, либо in vitro способные влиять на ее развитие, — продолжает удлиняться.

При блокировании ИФР-I наблюдается выраженная атрофия окончательной почки. In vitro воздействие ИФР-I вызывает трофический ответ, а исследования in vivo показали, что ИФР-I устраняет нарушения развития почек, вызванные подавлением ренин-ангиотензиновой системы. Эпидермальный фактор роста — белок, который вырабатывается главным образом слюнными железами и почками.

Он связывается с рецептором с собственной тирозинкиназной активностью, который связывает также трансформирующий фактор роста а — возможно, являющийся эмбриональной формой эпидермального фактора роста. Уровень экспрессии эпидермального фактора роста высок в постнатальном периоде, а уровень экспрессии трансформирующего фактора роста а выше в эмбриональном. При добавлении эпидермального фактора роста к органной культуре эмбриональной почки наблюдается гипертрофия почки и образуются кисты, но образование клубочков подавляется. Антитела к трансформирующему фактору роста а вызывают нарушения ветвления мочеточникового выроста и плохой рост почечной ткани.

Суперсемейство трансформирующего фактора роста b содержит большое число бифункциональных регуляторных белков, таких как трансформирующие факторы роста р,_5, белки — регуляторы морфогенеза кости, глиальный нейротрофический фактор (GDNF) и другие активаторы и ингибиторы роста. Добавление трансформирующего фактора роста р к культуре эмбриональной почечной ткани подавляет ее рост и образование клубочков и останавливает развитие проксимальных канальцев и собирательных трубочек. У мышей с делецией гена ВМР7 наблюдаются недоразвитие либо агенезия почек, глаз и костей. Эпидермальный фактор роста, фактор роста гепатоцитов, факторы роста фибробластов и трансформирующие факторы роста, а также их рецепторы участвуют в ветвлении мочеточникового выроста и образовании канальцев.

Апоптоз при нефрогенезе - развитии почек

Апоптоз важен для нормального развития почек. Большая часть клеток мезенхимы, если они не трансформировались в эпителий, подвергаются апоптозу.

Некоторые факторы роста способны защитить клетки метанефрогенной ткани от апоптоза, среди них эпителиальный фактор роста и основный фактор роста фибробластов. Есть онкогены, регулирующие рост путем влияния на апоптоз. К примеру, фактор транскрипции WT1 связывается с геном ТР53, ингибируя вызванный им апоптоз. У мышей, лишенных гена WT1, наблюдается апоптоз клеток мезенхимы. Активирующие мутации гена ТР53 ведут к олигонефронии и апоптозу.
В конденсирующейся мезенхиме и мочеточниковом выросте экспрессируется еще один протоонкоген — BCL2, а в дифференцированных эпителиальных клетках его экспрессия подавлена. У мышей, лишенных гена BCL2, наблюдаются недоразвитые кистозные почки и обширный апоптоз.

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России, Москва, Россия

Кафедра ультразвуковой диагностики ГБОУ ДПО "Российская медицинская академия последипломного образования" Минздрава России, Москва, Российская Федерация

Ультраструктурная оценка роли дизангиогенеза при врожденном гидронефрозе

Журнал: Архив патологии. 2014;76(6): 51‑55

Цель исследования - ультраструктурное подтверждение ключевой роли сосудистой мальформации и более детальное изучение проявлений дизнефро- и ангиогенеза. Материал и методы. В исследование включены 34 ребенка с врожденным гидронефрозом в возрасте от 3 дней до 7 лет, которые разделены на три группы в зависимости от степени нарушения гемодинамических показателей почки, критерием чего выступил индекс резистентности (ИР). Результаты. Проведенное электронно-микроскопическое исследование выявило у детей всех возрастов во всех группах наличие признаков сосудистой мальформации артерий всех калибров, а также гипопластические изменения почечной паренхимы. Наиболее значимыми ультраструктурными признаками, демонстрирующими тесную связь между процессами дизангио- и дизнефрогенеза является однотипность нарушения строения базальной мембраны гломерул и артериол, что проявляется неравномерностью ее толщины и стертостью слоев, а также незрелость эндотелиальных клеток как капилляров гломерул, так и артериол (крупный размер и округлая форма). Важным фактором, подтверждающим их взаимосвязь, является прямая корреляция между повышением значений ИР на всех ветвях почечной артерии по мере нарастания тяжести гипопластических изменений в паренхиме гидронефротически измененных почек. Заключение. Продемонстрирована взаимообусловленность процессов дизангио- и дизнефрогненеза у детей с врожденным гидронефрозом.

В процессе эмбриогенеза нарушение формирования органов мочеполовой системы встречается достаточно часто - пороки развития мочевого тракта, приводящие к урологическим заболеваниям в детском возрасте, составляют 10-35%, при этом 35-40% приходится на долю врожденного гидронефроза (ВГ) с гипоплазией почечной ткани [1].

Васкулогенез является одним из ключевых процессов, ответственных за формирование органов половой системы, становится необходимой составляющей эмбриогенеза. Адекватная регуляция этого процесса, в частности посредством VEGF (васкулярный эндотелиальный фактор роста), чрезвычайно важна для формирования полноценно функционирующей сосудистой системы в ходе эмбриогенеза и в раннем постнатальном периоде: эксперименты на мышах показали, что целенаправленное повреждение одной или двух аллелей гена VEGF приводит к гибели эмбриона, а его инактивация в период раннего постнатального развития также ведет к летальному исходу [2]. Наиболее значима роль васкулогенеза именно в процессе нефрогенеза: поскольку сосуды почки формируются из почечной артерии, их ветви принимают активное участие в развитии обоих источников паренхимы почки - как нефрогенной ткани (почечные канальцы), так и метанефрогенной мезенхимы, берущей начало из промежуточной мезодермы. Почечные канальцы, образованные из нефрогенной ткани, контактируют с капиллярами, которые развиваются как путем ангиогенеза (врастание капилляров), так и васкулогенеза (образование капилляров in situ). Поскольку дифференцировка каждого нефрона начинается с мезенхимальных клеток, агрегированных вокруг конца уретеральной почки, то и первые капилляры появляются вокруг столбиков уретеральной почки. Позже они появляются в гломерулярной щели S-образного тельца, затем формируется сложная классическая схема кровоснабжения почки с появлением гломерулярной капиллярной сети. С другой стороны, процесс формирования сосудов контролируется целым комплексом проангиогенных факторов, выработку которых осуществляют гломерулярный и тубулярный эпителий, клетки мезенхимы. Таким образом, прослеживается тесная связь процессов нефро- и васкулогенеза.

С целью ультраструктурного подтверждения роли сосудистой мальформации при ВГ и более детального изучения проявлений дизнефро- и ангиогенеза было предпринято настоящее исследование.

Материал и методы

Исследован материал от 34 детей с ВГ, находившихся на лечении в хирургических отделениях ДГКБ №13 им. Н.Ф. Филатова Москвы; их возраст колебался от 3 дней (один больной) до 7 лет включительно. У 13 детей была произведена нефрэктомия по поводу нефункционирующей почки, у 21 ребенка - инцизионная биопсия ткани почки во время органосохраняющей пластики лоханочно-мочеточникового сегмента по методике Хайнес-Андерсен-Кучера.

Среди клинических методов обследования (по данным историй болезни) наибольшее внимание было уделено полипозиционному УЗИ, которое позволяет провести подробную оценку состояния всех почечных структур: размеров органа, толщины паренхимы, ее дифференцировки на корковый и мозговой слои, размеров лоханки и чашечек, толщины стенки лоханки. Также было проведено цветовое допплеровское картирование (ЦДК) сосудов почки в В-режиме с оценкой гемодинамики: спектра допплеровских кривых, показателей линейной скорости кровотока и уголнезависимых показателей, из которых наиболее значимым является индекс резистентности (ИР) - он измерялся и оценивался с помощью импульсной волновой допплерометрии. В качестве критерия неизмененного кровотока рассматривали хорошо контурирующееся сосудистое дерево на всех уровнях, включая и мелкие сосуды почки, которые прослеживались на периферии вплоть до капсулы.

Для подготовки биоптатов к электронно-микроскопическому (ЭМ) исследованию образцы фиксировали в 1% растворе осмиевой кислоты на фосфатном буфере в течение 2 ч, затем заключали в смесь эпона-аралдита. Из полученного материала готовили полутонкие срезы толщиной 1-2 мкм; их окрашивали метиленовым синим азуром 2-фуксином. В ходе исследования была проведена оценка состояния стенок сосудов различного диаметра, а также и компонентов паренхимы почек - гломерул и канальцев. ЭМ-исследование проводили на базе лаборатории электронной микроскопии при кафедре патологической анатомии им. акад. А.И. Струкова Первого МГМУ им. И.М. Сеченова совместно с ведущим научным сотрудником, д-ром мед. наук Э.С. Севергиной.

В зависимости от степени нарушения гемодинамических показателей почки, критерием чего выступил ИР, было выделено 3 группы: с незначительным (17 детей), умеренным (12 детей) и выраженным (15 детей) повышением ИР в магистральной почечной артерии. Учитывая возрастные изменения нормальных значений ИР, в каждой группе было выделено 3 подгруппы: дети первого года жизни, от 1 года до 3 лет и от 3 до 7 лет.

Результаты и обсуждение

Первая группа (17 детей). По данным УЗИ в В-режиме дифференцировка паренхимы и ее эхогенность не нарушены. Кровоток прослеживается до капсулы почки, рисунок сосудистого дерева сохранен, расстояние между междолевыми ветвями несколько увеличено.

Показатели гемодинамики: на магистральной артерии, сегментарных и междолевых ветвях незначительно повышены относительно возрастной нормы. На уровне дуговых артерий ИР снижен, на мелких междольковых артериях его показатели соответствуют нормальным значениям (табл. 1) .

По данным ЭМ-исследования у детей этой группы обнаружены признаки сосудистой мальформации, однако часть сосудов сохраняет нормальное строение. Выявлено нарушение строения стенок артериол - часто базальная мембрана имеет неравномерную толщину; гладкомышечные клетки (ГМК) мышечного слоя располагаются хаотично (рис. 1) Рисунок 1. Спазмированная артериола: базальная мембрана различной толщины, неравномерное распределение ГМК. ×2400. . В большинстве артерий мелкого калибра определяется плохо сформированная внутренняя эластическая мембрана, наружная отсутствует. Компоненты почечной паренхимы имеют признаки незрелости: в некоторых гломерулах просветы капиллярных петель сосудистого клубочка визуализируются плохо или вообще не определяются, присутствуют группы хаотично расположенных крупных недифференцированных клеток (рис. 2) Рисунок 2. Гипоплазия клубочка: количество капилляров уменьшено, между их просветами - группы незрелых подоцитов с плохо сформированными ножками, нефротелий представлен крупными округлыми недифференцированными клетками. ×1000. . В клубочках, где капиллярные петли сформированы, их базальная мембрана имеет вариабельную толщину, четкое ее деление на слои отсутствует, отмечается разреженность слоев. Часто перечисленные изменения встречаются в различных участках капиллярных петель одного сосудистого клубочка. Эндотелиальная выстилка представлена высокими и крупными (плохо дифференцированными) клетками. Подоциты также имеют признаки незрелости: неправильно ориентированы по отношению к базальной мембране, группируются хаотично вблизи капиллярных петель различного диаметра. Встречаются единичные недифференцированные проксимальные извитые канальцы, выстланные крупными нефроцитами кубической формы, в которых отсутствует базальный лабиринт и отмечается снижение содержания других органелл; просветы часто не определяются (рис. 3) Рисунок 3. Недифференцированный проксимальный каналец, выстланный крупными незрелыми нефроцитами кубической формы, просвет не визуализируется. ×1600. . В интерстиции вблизи гломерул, канальцев и артерий располагаются пучки коллагеновых фибрилл.

Вторая группа (12 детей). По данным УЗИ эхогенность паренхимы повышена, дифференцировка ее частично снижена, паренхима истончена до 3-10 мм. Лоханка в переднезаднем размере расширена до 15-30 мм. При проведении ЦДК обнаружено значительно обеднение кровотока с нарушением сосудистого рисунка сосудистого дерева, который до капсулы почки не прослеживается. Значения ИР на уровне магистральной почечной артерии и ее крупных ветвей во всех возрастных группах выше нормальных; на сегментарных и междолевых артериях отмечено наиболее выраженное повышение ИР, однако на уровне дуговых артерий он несколько снижается (табл. 2) .

При ЭМ-исследовании, как и в первой группе, обнаружены признаки сосудистой мальформации. В некоторых артериолах эндотелиальная выстилка представлена крупными округлыми незрелыми эндотелиальными клетками, ГМК также имеют признаки незрелости - узкий ободок цитоплазмы, очень крупные ядра округлой формы (рис. 4) Рисунок 4. Порочно сформированная артериола с тонкой базальной мембраной, крупными незрелыми эндотелиальными клетками и плохо дифференцированными, частично вакуолизированными ГМК в ее стенке. ×2400. . В одном из наблюдений вблизи правильно сформированной афферентной артериолы в зоне склероза располагалась группа плохо дифференцированных клеток (рис. 5) Рисунок 5. Группа недифференцированных клеток вблизи артериолы в зоне периваскулярного склероза. ×1000. . Как и у детей первой группы, выявлены признаки гипоплазии гломерул - капиллярные петли плохо визуализируются, эндотелий и подоциты группируются хаотично, имеют признаки незрелости. При большом увеличении определяются следующие нарушения строения подоцитов: крупные эухроматиновые ядра (с равномерным гомогенным распределением хроматина) при отсутствии ядрышек, ядерно/цитоплазматическое соотношение резко сдвинуто в сторону ядра, цитоплазма вакуолизирована (гидропия), количество органелл (эндоплазматический ретикулум, митохондрии, лизосомы) в ней уменьшено, они сгруппированы в области одного из полюсов клетки (рис. 6) Рисунок 6. Группа недифференцированных, тесно расположенных подоцитов с очень крупными ядрами, узким ободком цитоплазмы и плохо сформированными ножками вблизи капилляра. ×2400. . Большие и малые отростки подоцитов часто вообще отсутствуют - в этих участках клетки «распластывались» по базальной мембране (рис. 7) Рисунок 7. Неравномерность толщины и нарушение строения базальной мембраны, фрагмент порочно сформированного подоцита с очень крупным большим отростком при отсутствии малых. ×21 000. .

Третья группа (5 детей). Количественная оценка гемодинамики выявила значительное повышение ИР как на уровне магистральной артерии, так и ее ветвей всех калибров - его значения достигали 0,82-0,86; по данным ЦДК сосуды практически не визуализировались. Толщина паренхимы составила 0-2 мм, она недифференцирована, имеет повышенную эхогенность. Лоханка в переднезаднем размере расширена более чем на 30 мм, чашечки более 20 мм.

По данным ЭМ-исследования артерия в одном из наблюдений (нефункционирующая почка у ребенка 3 дней) представлена тремя тесно расположенными срезами одного диаметра, т.е. имеет извитой ход - «кинкинг» (рис. 8) Рисунок 8. Извитая артериола, просвет которой выстлан незрелыми крупными эндотелиальными клетками, ГМК распределены неравномерно. ×1600. . По сравнению с детьми первой и второй групп, у которых были найдены изменения в строении стенок части артериол, у детей этой группы правильно сформированные артериолы уже единичны. В гипопластичных гломерулах подоциты мелкие, неправильно сформированные и ориентированные вдоль базальной мембраны; в этих случаях их поперечно срезанные ножки определяются в мочевом пространстве. Следует отметить, что «незрелость» подоцитов напрямую коррелирует с нарушениями в строении подлежащей базальной мембраны и неравномерностью ее толщины. Базальная мембрана недифференцированных канальцев также часто имеет неравномерную толщину.

Как известно, ЦДК с определением ИР дает представление о состоянии интрапаренхиматозных сосудов почек; ИР как физиологический параметр косвенно отражает степень сопротивления, т.е. резистентности внутрипочечных сосудов [3]. В нашем исследовании сравнение значений ИР в различных группах пациентов в зависимости как от выраженности морфологических изменений, так и от их возраста выявило тенденцию к его повышению при нарастании степени тяжести морфологических изменений.

Как в нормальной почке, так и при ее гидронефротической трансформации показатели ИР на центральных артериях несколько выше, чем на интрапаренхиматозных; величина его определяется толщиной стенки сосуда [4, 5]. Повышение значений ИР у детей раннего возраста практически на всех ветвях почечной артерии и во всех группах доказывает, что это является выражением процесса дизангиогенеза, который может проявляться извилистостью хода артерий всех калибров, нарушением их ветвления, а также врожденными нарушениями строения их стенок. Кроме того, можно сделать заключение о том, что у детей первых лет жизни изменения в сосудах носят исключительно врожденный характер, без наслоившихся позднее проявлений адаптивных процессов, прежде всего гипертрофии ГМК и склероза стенок, приводящего к их утолщению, повышению резистентности и усилению ригидности.

Важным является тот факт, что у детей всех возрастов из первой и второй группы отмечен «хаос» в распределении данных по ИР, когда его значения на более мелких ветвях почечной артерии превышали показатели на артериях более крупного калибра. Полученные результаты также указывают на наличие признаков дизангиогенеза - нарушение топографии, ветвления, патологическая извилистость почечных сосудов в гидронефротических почках. Что же касается детей третьей группы, то значительное повышение у них ИР на артериях всех калибров, в том числе и мелких (дуговых и междольковых), в сочетании с резким истончением паренхимы и нарушением ее дифференцировки - тяжелыми гипопластическими изменениями - обусловлено прежде всего значительными нарушениями гемодинамики в паренхиме почки, в том числе и внутриклубочковой гипертензией.

Анализируя данные ЭМ-исследования, можно сделать вывод о том, что на ультраструктурном уровне у детей всех групп присутствуют различные признаки дизангиогенеза, которые затрагивают артерии всех калибров. Также во всех биоптатах почек детей независимо от возраста и группы исследования, т.е. от степени «сохранности» почечной паренхимы и значений ИР, нами найдены признаки гипоплазии компонентов почечной паренхимы. Однако количество незрелых гломерул и канальцев варьировало как по количеству измененных структур, так и по степени тяжести их проявлений; морфологические признаки дизнефрогенеза были максимально выражены у детей третьей группы.

Таким образом, характерные ультраструктурные проявления мальформации интрапаренхиматозных сосудов и гипоплазии почечной паренхимы присутствовали у детей всех трех групп независимо от тяжести клинических проявлений гидронефроза. Однако выраженность сосудистой мальформации положительно коррелировала со степенью гипоплазии почечной ткани, особенно с нарушениями строения гломерул, количеством недифференцированных канальцев. Наиболее тяжелые врожденные изменения в виде дизангио- и дизнефрогенеза наблюдаются у детей третьей группы, особенно первых дней и месяцев жизни, когда требовалось срочное оперативное вмешательство по поводу нефункционирующей почки.

По нашему мнению, наиболее значимыми ультраструктурными признаками, демонстрирующими тесную связь между процессами дизангио- и дизнефрогенеза являются: однотипность нарушения строения базальной мембраны гломерул и артериол, что проявляется неравномерностью ее толщины и стертостью слоев; незрелость эндотелиальных клеток как капилляров гломерул, так и артериол, когда они имеют крупный размер и округлую форму, становятся высокими и значительно выстоят в просвет.

Также важным фактором, подтверждающим их взаимосвязь, является прямая корреляция между повышением значений ИР на всех ветвях почечной артерии по мере нарастания тяжести гипопластических изменений в паренхиме гидронефротически измененных почек.

Читайте также: