HISTOLOGICAL AND ULTRASTRUCTURAL CHANGES IN THE VEINS OF THE SPERMATIC CORD IN ADOLESCENTS WITH VARICOCELE

Full Text

Варикоцеле (ВЦ) - это аномальное расширение и извитость вен лозовидного сплетения в структуре семенного канатика [2, 12]. Распространенность этой патологии в мужской популяции составляет 15 %, а среди подростков 14-18 лет достигает 19 % и является самой частой, успешно хирургически корректируемой причиной мужского бесплодия [6, 17]. Раннее выявление ВЦ и своевременная коррекция позволяют сохранить фертильный потенциал подростков и репродуктивную функцию в детородном возрасте [10]. Актуальность проблемы ВЦ обусловлена тем, что изменение локальной гемодинамики приводит к развитию бесплодия [1, 4, 9, 18]. При ВЦ наблюдаются повышение температуры яичка, увеличение венозного давления, гипоксия, оксидантный стресс, гормональный дисбаланс, рефлюкс токсических метаболитов из надпочечников и почек [7], что, в конечном итоге, приводит к атрофии и структурным изменениям в яичке, повреждению герминативного эпителия [8, 11], ухудшению параметров спермы и бесплодию [16, 19]. Вены лозовидного сплетения семенного канатика уникальны из-за своей протяженности и емкости [5], причем слева они характеризуются большей протяженностью, чем справа [4]. На современном этапе рассматриваются три точки зрения на причины изменения структуры вен семенного канатика при варикоцеле [7]. Первая - связана с повышением гидростатического давления, обусловленного анатомическими различиями в дренажной системе яичек, поскольку правая яичковая вена впадает в нижнюю полую вену, а левая - в левую почечную вену [13]. Вторая - обусловлена повышением гидростатического давления в левой яичковой вене в результате компрессии левой почечной вены аортой и верхней брыжеечной артерией [15]. Третья - связана с повышением давления в венах лозовидного сплетения из-за недостаточности или отсутствия венозных клапанов [7]. Тем не менее, при ВЦ ведущим фактором для его формирования является структурное изменение левой яичковой вены, обуславливающее клиническую симптоматику и степень ее выраженности. Неизученным остается вопрос о тесноте связи между изменениями вен лозовидного сплетения и клинической степенью ВЦ. Цель исследования - изучить гистологические и ультраструктурные изменения вен семенного канатика у подростков при варикоцеле II и III степени. Материал и методы. Исследованы вены лозовидного сплетения 43 мальчиков-подростков в возрасте 13-14 лет с левосторонним ВЦ. Биоптаты вен взяты во время проведения лапароскопической варикоцелеэктомии. Все пациенты и их законные представители дали информированное согласие на участие в исследовании. Клинический материал разделен на группы: 1-я группа - 12 подростков со II степенью ВЦ; 2-я группа - 31 подросток с III степенью ВЦ. Степень ВЦ устанавливали физикально и сонографически. При II степени ВЦ вены определялись визуально и пальпаторно. Консистенция и размеры яичка не были изменены, сонографически диаметр вен 2 мм и больше - у придатка и средней трети яичка. Отмечалось большее прокрашивание вен яичка при цветном допплеровском картировании (ЦДК). При III степени ВЦ клинически определялись выраженное расширение вен лозовидного сплетения, уменьшение тургора и размеров яичка, диаметр вен составил 2 мм и более до нижнего полюса яичка, отмечалось интенсивное прокрашивание вен яичка при ЦДК. В качестве контроля взят биоптат дистального отдела яичковой вены у ребенка 14 лет во время орхидэктомии. Все биоптаты вен были исследованы с использованием светооптической и электронной микроскопии. На светооптическом уровне биопсийный материал исследован у 40 пациентов. Применяли окраску гематоксилином и эозином. Эластические волокна в стенке вен выявляли по Ван-Гизону. Анализ препаратов производили при ув. 100, 200. Для электронно-микроскопического исследования биоптат фиксировали в 2,5 % растворе глутаральдегида с последующей дофиксацией в 1 % растворе тетраоксида осмия, проводили в спиртах восходящей концентрации и полимеризовали при температуре 60 ºС. Ультратонкие срезы получали на ультратоме Leica EM UC6 (Leica Mykrosysteme GmbH, Австрия), контрастировали цитратом свинца и исследовали в электронном микроскопе Morgagni 268 (FEI Company, Чехия-Голландия). Обзорный просмотр выполняли при ув. 1800-3500, детализацию структур - при ув. 18 000-22 000. Статистическая обработка результатов проводилась с помощью пакета программ Excel и Statistica 6.0. Для оценки значимости различий между выборками использовали U-критерий Манна-Уитни. Для установления корреляционных связей использовался линейный коэффициент корреляции Пирсона (r). Различия результатов считали статистически значимыми с уровнем значимости p<0,05. Результаты исследования. Гистологическое исследование вен. В контроле биоптат дистального отдела яичковой вены изучался на поперечных срезах сосуда на трех разных уровнях. На срезах отчетливо визуализируется эндотелиальный монослой, представленный уплощенными клетками, лежащими на базальной мембране и тонком субэндотелиальном слое. Внутренняя оболочка без четких границ переходит в среднюю оболочку, представленную гладкими миоцитами (ГМ) и соединительнотканными волокнами, образующими валикообразные выступы в просвет сосуда. Во внутреннем слое ГМ ориентированы продольно. В среднем слое (медии) определяются циркулярно ориентированные ГМ, чередующиеся с прослойками фиброзных и эластических волокон. Адвентиция была несколько разволокнена, содержала продольно ориентированные обособленные пучки ГМ и мелкие кровеносные сосуды (vasa vasorum). Во всех наблюдениях вен подростков с ВЦ имела место дискомплексация эндотелия различной степени выраженности. Она проявлялась набуханием эндотелиоцитов, определяемом в 6 случаях (50 %) при II степени ВЦ и 12 случаях (43 %) при III степени ВЦ. Вакуолизация цитоплазмы эндотелиоцитов была отмечена в 9 случаях (75 %) при II степени ВЦ и в 24 случаях (86 %) при III степени ВЦ (рис. 1). Деструктивные изменения эндотелиальных клеток не были зафиксированы при II степени ВЦ, тогда как число таких случаев при III степени ВЦ составило 13 (46 %). Кроме того, была выявлена частичная десквамация эндотелиоцитов, проявлявшаяся вертикальным расположением клеток в просвет сосуда. Такие клетки были обнаружены в биоптатах II и III степени ВЦ в 9 (75 %) и 23 случаях (82 %) соответственно. Также при обеих степенях ВЦ в венах обнаружено отторжение эндотелиоцитов, следствием чего являлась частичная или субтотальная деэндотелизация внутренней поверхности вены в 7 случаях (58 %) при II степени ВЦ и 20 случаях (71 %) при III степени ВЦ (см. рис. 1). В результате десквамации эндотелия в просветах сосудов были видны скопления свободнолежащих эндотелиоцитов, фрагменты соединительнотканных волокон субэндотелиального слоя и базальной мембраны, фрагменты венозных клапанов. Изменения базальной мембраны выявлены в 7 случаях (58 %) при II степени ВЦ и в 28 случаях (100 %) при III степени ВЦ, а изменения субэндотелиального слоя - в 10 (83 %) и 22 случаях (79 %) соответственно. В большинстве просмотренных случаев определялась разная степень гипертрофии стенки вены, она была неравномерно утолщена и склерозирована. На фоне гипертрофии разных компонентов стенки сосуда (ГМ, фиброзных и эластических волокон) отмечалось формирование выпячиваний по типу валиков в просвет сосуда в 4 случаях (33 %) при II степени ВЦ и в 13 (46 %) при III степени ВЦ (рис. 2). В стенках вен обеих групп были обнаружены гипертрофия ГМ и склероз в 11 случаях (91 %) при II степени ВЦ. При III степени ВЦ гипертрофия ГМ зафиксирована в 25 случаях (89 %), склероз - в 27 (96 %) (рис. 3). В 9 случаях (75 %) при II степени ВЦ был отмечен отек медии, а при III степени ВЦ отек определялся в 17 случаях (61 %). В 2 случаях (16 %) при II степени ВЦ и 3 (11 %) при III степени ВЦ на фоне утолщения и склероза медии были видны мелкие лимфоидно-гистиоцитарные инфильтраты. Склероз адвентиции сосудов обнаружен в 9 случаях (75 %) при II степени ВЦ и в 16 случаях (57 %) при III степени ВЦ. Результаты гистологического исследования вен при II и III степени ВЦ представлены в табл. 1. Как видно из таблицы, при III степени ВЦ чаще, чем при II степени были выявлены вакуолизация и деструктивные изменения эндотелиоцитов, изменения базальной мембраны стенки вены. Электронно-микроскопическое исследование вен. В норме внутренняя оболочка вен лозовидного сплетения семенного канатика представлена эндотелием, расположенным на базальной мембране. Эндотелиоциты формировали непрерывный монослой с гладкой ровной поверхностью и плотными межклеточными контактами (рис. 4, а). Цитоплазматическая мембрана клеток эндотелия была четкая, ровная. Цитоплазма гомогенного вида содержала единичные митохондрии, имеющие типичную структуру. Ядра вытянутой формы были ориентированы вдоль продольной оси клетки, имели ровную ядерную мембрану и содержали хроматин гомогенного вида. Наибольший диаметр эндотелиоцитов зафиксирован на уровне ядра. Внутренняя эластическая пластинка, разграничивающая внутреннюю и среднюю оболочки вены, была тонкой и представлена упорядоченно расположенными волокнами соединительной ткани. Далее оценивали состояние гладкомышечных клеток, толщину коллагеновых и эластических волокон. В стенке нормальной вены ГМ образуют четко выраженные пучки, между которыми видны равномерные прослойки соединительной ткани (см. рис. 4, б). ГМ были вытянутой формы с несколько неровными контурами. Цитоплазматический матрикс-гомогенного вида. Митохондрии присутствовали в небольшом количестве, имели типичную структуру и были локализованы, преимущественно, в перинуклеарной зоне. Ядра ГМ имели вытянутую форму и включали хроматин гомогенного вида. Ядерная мембрана в большинстве случаев была ровная либо с небольшими инвагинациями. При электонно-микроскопическом исследовании биоптатов вен при II и III степени ВЦ были выявлены изменения формы эндотелиоцитов в 100 % случаев (рис. 5, а, б). Между эндотелиоцитами был виден субэндотелиальный слой. Во всех случаях диагностированы деструктивные изменения эндотелиоцитов разной степени выраженности, проявляющиеся разрыхлением цитоплазматической мембраны, уменьшением площади цитоплазмы и ее вакуолизацией, выраженной инвагинацией ядерной мембраны, приводящей к грубой деформации ядер, набуханием митохондрий с деструкцией крист, опустошением митохондриального матрикса (см. рис. 5, в, г). В 11 случаях (91 %) при II степени и в 25 случаях при III степени ВЦ был выявлен некроз эндотелиоцитов (рис. 6). Некроз клеток был определен при пикнозе ядер или даже их отсутствии в эндотелиоцитах. Плотное положение эндотелиоцитов по отношению к базальной мембране и субэндотелиальному слою выявлено в 4 случаях каждой группы и составило 32 и 13 % соответственно. В остальных наблюдениях - 8 случаев (67 %) при II степени ВЦ и 27 случаев (87 %) при III степени ВЦ - была отмечена частичная десквамация эндотелиоцитов. В этом случае клетка фиксирована, но между цитоплазматической мембраной и базальной мембраной имеются промежутки либо клетка фиксирована одним краем, и тело клетки ориентировано в просвет сосуда вертикально или под углом. При ультаструктурном исследовании также диагностирована деэндотелизация внутреннего слоя вен (см. рис. 6). Десквамация отдельных эндотелиоцитов выявлена в 2 случаях (16 %) при II степени ВЦ и в 10 случаях (32 %) при III степени ВЦ. Приблизительно равное соотношение деэндотелизированных участков и участков с сохранным эндотелием установлено при II степени ВЦ в 8 случаях (68 %), а при III степени ВЦ - в 7 случаях (23 %). Обширные деэндотелизированные участки с оголением субэндотелиального слоя на большом протяжении были зафиксированы в обеих группах и составили 2 случая (16 %) и 14 случаев (45 %) соответственно. Адгезия эритроцитов и тромбоцитов к измененному эндотелию и оголенному субэндотелиальному слою была обнаружена в 3 случаях (25 %) при II степени ВЦ и в 9 случаях (29 %) при III степени ВЦ. На ультраструктурном уровне на внутренней поверхности сосуда также обнаружены валики, образованные за счет неравномерного утолщения субэндотелиального слоя и его дезорганизации. Формирование валиков диагностировано во всех просмотренных венах обеих групп. При II степени ВЦ в 3 случаях (25 %) было отмечено наличие одиночных валиков, чередующихся с участками ровной внутренней поверхности сосуда, в 8 случаях (67 %) определено умеренное количество валиков и в 1 случае (8 %) установлено обилие валиков при отсутствии ровной поверхности. При III степени ВЦ количество таких наблюдений составило 11 случаев (35 %) одиночных валиков, 12 случаев (39 %) умеренного количества валиков и 8 случаев (26 %) большое число валиков соответственно. В утолщенном субэндотелиальном слое обнаружено разрыхление соединительнотканных волокон, наличие локальных отеков. Между валиками были видны щелевидные углубления, на некоторых участках довольно выраженные. Они были обнаружены в 10 случаях (83 %) при II степени ВЦ и в 26 случаях (84 %) при III степени ВЦ. В этих углублениях просматривались сдавленные деформированные эндотелиоциты, а также эритроциты и тромбоциты. При исследовании медии стенок вен обеих групп просматривались ГМ вытянутой или полигональной формы. Следует отметить, что в 10 случаях (83 %) при II степени ВЦ и в 24 случаях (77 %) при III степени ВЦ выявлено преобладание ГМ, имеющих типичную структуру. При этом были обнаружены единичные вакуолизированные миоциты. В некоторых венах диагностированы выраженные деструктивные изменения ГМ, проявляющиеся наличием крупных, множественных вакуолей, нередко локализованных перинуклеарно, фрагментация ядер, набухание митохондрий и их разрушение (рис. 7, а, б). Такие изменения миоцитов были зафиксированы в 2 случаях (16 %) при II степени ВЦ и в 7 случаях (23 %) при III степени ВЦ. Наличие склеротических изменений в стенке вены обнаружены при II степени ВЦ в 7 случаях (58 %), а при III степени ВЦ в 22 случаях (71 %). Склероз расценивался либо как увеличение объема соединительной ткани между ГМ, что составило при II и III степенях ВЦ 4 случая (57 %) и 8 случаев (36 %) соответственно (см. рис. 7, а, б). Склероз был диагностирован при наличии массивных очагов и тяжей соединительной ткани (см. рис. 7, в, г). Такие изменения были выявлены в 3 случаях (43 %) при II степени ВЦ и в 14 случаях (64 %) при III степени ВЦ. Кроме того, в стенке сосудов при ВЦ обнаружены разрыхление и отек в 6 случаях (50 %) при II степени и в 20 случаях (65 %) при III степени ВЦ. Результаты электронно-микроскопического исследование вен при II и III степени ВЦ представлены в табл. 2. Из таблицы видно, что при II степени ВЦ чаще выявлялись сосуды с равным соотношением числа деэндотелизированных участков и участков с эндотелием, а при III степени ВЦ таких сосудов обнаружено меньше, преобладают деэндотелизированные участки стенки сосуда. На ультраструктурном уровне частота встречаемости изменений стенки вены также приблизительно одинакова при ВЦ обеих степеней. Обсуждение полученных данных. Сопоставление результатов светооптического и электронно-микроскопического исследования биоптатов вен при ВЦ позволило выявить однотипность изменений, но вариабельность их сочетаний в различных наблюдениях без большого числа значимых различий между группами с II и III степенью ВЦ. В обеих группах установлено повреждение эндотелия. При гистологическом исследовании вен при II степени ВЦ обнаружены набухание эндотелиоцитов и вакуолизация цитоплазмы без признаков деструкции клеток, в то время как при III степени ВЦ диагностированы деструктивные изменения эндотелиоцитов. Проведение ультраструктурного анализа позволило более точно исследовать изменения эндотелиоцитов во всех образцах вен при ВЦ, определить разрыхление цитоплазматической мембраны, деформацию ядер, разрушение митохондрий, а также обнаружить некроз эндотелиоцитов. Такие изменения эндотелия могут свидетельствовать о том, что при воздействии избыточной гемодинамической нагрузки, наблюдаемой при ВЦ, происходит адаптация эндотелиоцитов к создавшимся условиям. При декомпенсации адаптационных механизмов клетки подвергаются деструкции и некрозу [3, 14]. Кроме того, полученные данные могут свидетельствовать о развитии функциональных изменений эндотелиоцитов при ВЦ. Неизбежным следствием деструкции и некроза эндотелиоцитов будет являться их десквамация, частичная или полная, и появление участков деэндотелизации, которые выявлены в венах обеих исследуемых групп, но значимое преобладание участков деэндотелизации обнаружено при III степени ВЦ, а для II степени ВЦ характерно равное соотношение участков деэндотелизации и участков с эндотелием. Частичная десквамация эндотелиоцитов, проявляющаяся их «вертикализацией» в просвет сосуда, выявлена в большинстве случаев как при II, так и при III степени ВЦ. На ультраструктурном уровне, кроме указанных изменений, была диагностирована частичная фиксация эндотелиоцитов на некоторых участках, когда между цитоплазматической мембраной клетки и базальной мембраной остаются промежутки. Такие изменения также вносят вклад в изменение локальной гемодинамики, способствуют задержке эритроцитов и тромбоцитов. Деэндотелизация внутренней стенки вены приводит к тому, что базальная мембрана и субэндотелиальный слой остаются незащищенными. При гистологическом исследовании выявлены значимые изменения базальной мембраны при III степени ВЦ. Это приводит к повреждению субэндотелиального слоя. На ультраструктурном уровне дегенеративные изменения субэндотелиального слоя и его утолщение с образованием валиков обнаружены во всех исследуемых венах обеих групп. Наличие таких валиков делает внутреннюю поверхность сосуда неровной, способствуя отторжению эндотелиоцитов, адгезии тромбоцитов и эритроцитов. Кроме того, в образуемых щелевидных углублениях между валиками находятся сдавленные, поврежденные эндотелиоциты, происходит задержка клеток крови. Валики образованы за счет гипертрофии ГМ и разрастания фиброзных и эластических волокон. Это можно рассматривать как компенсаторный механизм, направленный на улучшение кровотока в условиях гемодинамического стресса [11]. Гипертрофия ГМ диагностирована в большинстве случаев в обеих группах без значимых различий между степенями ВЦ. На ультраструктурном уровне затруднена диагностика гипертрофии миоцитов, но видны деструктивные изменения клеток, проявляющиеся вакуолизацией цитоплазмы, фрагментацией ядра, разрушением митохондрий. Возможно, такие изменения предшествуют гибели клеток с последующим замещением их соединительной тканью. Это может приводить к инвагинации среднего слоя стенки вены во внутренний слой, что также способствует образованию валиков субэндотелиального слоя [14]. Признаки склероза определены более чем в 90 % случаев в обеих группах. На ультраструктурном уровне склероз обнаружен не во всех случаях, но, наряду с массивными очагами склероза, видны утолщения соединительнотканных прослоек между ГМ. Если гипертрофию ГМ можно рассматривать как механизм компенсации, то возникновение склероза - как признак декомпенсации, которая по мере прогрессирования приведет к ригидности стенки сосуда [11]. Следует отметить, что в венах обеих исследованных групп выявлены участки с гипертрофией стенки, с ее истончением и формированием зон склероза. Также в одном и том же срезе обнаружены относительно ровные участки внутреннего слоя и участки с образованием валиков. Возможно, это связано с неодинаковой интенсивностью гемодинамической нагрузки, что и приводит к компенсаторным изменениям участков стенки вены и дальнейшей декомпенсации. Выявленные изменения сосудов определяются при II и III степенях ВЦ без корреляционной связи между морфологическими изменениями и клиническими проявлениями. Таким образом, в основе клинической симптоматики при ВЦ лежат патоморфологические изменения стенки вен семенного канатика, но значимых различий в структуре сосудов при II и III степенях ВЦ не установлено. Выводы. В исследованных биоптатах вен семенного канатика при II и III степенях варикоцеле выявлены изменения всех отделов стенки сосуда различной степени выраженности, которые можно подразделить на альтеративные (дискомплексация и десквамация эндотелиоцитов, деструктивные изменения гладких миоцитов), компенсаторно-приспособительные (гипертрофия гладких миоцитов, формирование валиков), а также изменения, свидетельствующие о декомпенсации (склероз). Вариабельность изменений разных участков одной и той же вены свидетельствует о неодинаковой гемодинамической нагрузке на протяжении сосуда. В ходе исследования не выявлено корреляционной связи между морфологическими изменениями вен семенного канатика и клинической степенью варикоцеле. Работа выполнена в рамках госзадания ФГБУН «Институт иммунологии и физиологии» Уральского отделения РАН (тема № АААА-А18-118020590108-7) Коллектив авторов выражает благодарность канд. мед. наук А. В. Клейну за помощь в проведении гистологического исследования вен. Вклад авторов: Концепция и дизайн исследования: С. В. П., С. Ю. К., Я. Б. Б., В. А. Ч. Сбор и обработка материала: С. В. П., С. Ю. К. Статистическая обработка: С. В. П. Анализ и интерпретация данных: С. В. П., Л. Г. Т. Написание текста: С. В. П. Редактирование: Л. Г. Т., С. Ю. К., Я. Б. Б., В. А. Ч. Авторы сообщают об отсутствии в статье конфликта интересов.

About the authors

V. A. Chereshnev

Institute of Immunology and Physiology Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology 106 Pervomaiskaya St., Yekaterinburg 620049

S. V. Pichugova

Institute of Immunology and Physiology Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Clinical Diagnostic Center

Email: ekb-lem@mail.ru
Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology; Laboratory of electron microscopy 106 Pervomaiskaya St., Yekaterinburg 620049; 78 «V» 8 Marta St., Yekaterinburg 620144

L. G. Tulakina

Clinical Diagnostic Center

Laboratory of electron microscopy 78 «V» 8 Marta St., Yekaterinburg 620144

S. Yu. Komarova

Ural State Medical University; Children City Clinical Hospital № 9

Department of Pediatric Surgery 3 Repina St., Yekaterinburg 620014

Ya. B. Beikin

Institute of Immunology and Physiology Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Clinical Diagnostic Center

Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology; Laboratory of electron microscopy 106 Pervomaiskaya St., Yekaterinburg 620049; 78 «V» 8 Marta St., Yekaterinburg 620144

References

Supplementary files