Пещеристое тело: Пещеристое тело — это… Что такое Пещеристое тело?

Содержание

Пещеристое тело — это… Что такое Пещеристое тело?

Пещеристое тело

см. Половые органы.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907.

  • Пещеристая ткань
  • Апсида

Смотреть что такое «Пещеристое тело» в других словарях:

  • Пещеристое тело — Пещеристое (кавернозное) тело  это структурная единица эректильной ткани пениса. Эта ткань также включает в себя губчатое тело. Пещеристые тела обеспечивают эректильную функцию. Эрекция необходима му …   Википедия

  • пещеристое тело клитора — (corpus cavernosum clitoridis, PNA, BNA, JNA; син. кавернозное тело клитора) анатомическое образование, аналогичное пещеристому телу полового члена, входящее в состав клитора …   Большой медицинский словарь

  • пещеристое тело мочеиспускательного канала

    — (corpus cavernosum urethrae, BNA) см. Губчатое тело полового члена …   Большой медицинский словарь

  • пещеристое тело полового члена — (corpus cavernosum, PNA, BNA, JNA; син. кавернозное тело полового члена) парное цилиндрическое образование, входящее в состав полового члена, состоящее из переплетения фиброзно мышечных тяжей, между которыми находятся полости, наполняемые кровью; …   Большой медицинский словарь

  • Тело Пещеристое (Corpus Cavemosum) — парное тело цилиндрической формы, образованное эректильной тканью полового члена и клитора. В половом члене наряду с двумя пещеристыми имеется губчатое тело, через которое проходит уретра; оно заканчивается головкой полового члена. Пещеристые… …   Медицинские термины

  • ТЕЛО ПЕЩЕРИСТОЕ — (corpus cavemosum) парное тело цилиндрической формы, образованное эректильной тканью полового члена и клитора. В половом члене наряду с двумя пещеристыми имеется губчатое тело, через которое проходит уретра; оно заканчивается головкой полового… …   Толковый словарь по медицине

  • губчатое тело полового члена — (corpus spongiosum penis, PNA; син. пещеристое тело мочеиспускательного канала) непарное цилиндрическое образование с утолщениями на концах, входящее в структуру полового члена и сходное по строению с его пещеристыми телами; через Г. т. п. ч.… …   Большой медицинский словарь

  • кавернозное тело клитора — (corpus cavernosum clitoridis) см. Пещеристое тело клитора …   Большой медицинский словарь

  • кавернозное тело полового члена — (corpus cavernosum penis) см. Пещеристое тело полового члена …   Большой медицинский словарь

  • Губчатое тело — см. Пещеристое тело …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Интракавернозные инъекции по цене 1160 рублей — Клиника «Доктор рядом»

Урологический термин «интракавернозные инъекции» используют для обозначения процедуры, которая предусматривает введение в пещеристые тела полового члена вазоактивных препаратов, стимулирующих эректильную функцию.

Чаще всего её используют перед диагностическими исследованиями, направленными на определение нарушений эрекции. Помимо этого, возможно применение в качестве препарата, способного обеспечить продолжительную и качественную эрекцию перед половым актом.

Пройти необходимые диагностические исследования с применением инъекций или подобрать препараты для проведения соответствующего лечения можно в отделении урологии сети клиник «Доктор рядом». У нас работают опытные специалисты, которые помогут Вам справиться с проблемами деликатного характера и вновь почувствовать себя мужчиной.

Показания и противопоказания к интракавернозным инъекциям

Показания

Противопоказания

  • Перед проведением диагностики ЭД для выявления её причин с целью дифференциации нейрогенной формы заболевания от сосудистой;

  • При неэффективности приёма пероральных препаратов при ЭД в качестве средства для обеспечения эрекции.

  • Патологическое искривление полового члена в эрегированном состоянии — заболевание Пейрони;

  • После перенесённого кавернита — воспалительных процессов пещеристых тел полового органа;

  • Малокровие;

  • Патологические сужения мочевыводящего канала;

  • Состояние алкогольного опьянения;

  • Тяжёлые заболевания ССС.

Помимо вышеперечисленных противопоказаний имеется ещё одно, запрещающее делать инъекции с интервалом менее 48-ми часов. Это значит, что при использовании метода в качестве лечения пациент не должен вводить препарат чаще одного раза за двое суток.

Как работают интракавернозные инъекции?

Введение таких препаратов, как «Алпростадил», «Папаверин» или «Фентоламин», направлено на расслабление гладких мышц кровеносных сосудов, что стимулирует кровоток в половом органе. В результате через десять ‒ пятнадцать минут после укола у мужчины возникает эрекция.

Важно, чтобы препарат был подобран индивидуально — с учётом показаний пациента и правильным подбором дозировки. Это обусловлено наличием побочных эффектов, которые при ряде заболеваний могут привести к серьёзным осложнениям.

Помимо улучшения качества полового акта процедура стимулирует циркуляцию крови во внутренних органах малого таза и способна устранить такое явление, как пассивная гиперемия.

Как проводят интракавернозные инъекции?

Процедура не требует подготовки. Перед диагностическими тестами её проводит врач-уролог в своём кабинете; в качестве лечения пациент может делать себе уколы самостоятельно, предварительно изучив технику проведения.

Половой член перед инъекцией нужно отвести в сторону и дезинфицировать его основание. В процессе используют одноразовый шприц с тонкой иглой для того, чтобы исключить болевые ощущения. Укол делают в основание, непосредственно в пещеристое тело, введя иглу под углом 90° таким образом, чтобы не затронуть вены.

Плюсы и минусы интракавернозных инъекций

На сегодняшний день процедура является одной из наиболее эффективных и распространённых способов, направленных на восстановление эректильной функции. Её преимущества заключаются в следующем:

  • минимум побочных эффектов;

  • высокая эффективность при эректильной дисфункции;

  • минимальный риск развития такого явления, как приапизм;

  • минимум противопоказаний.

Что касается недостатков, то они связаны со страхом инъекций, а также существующим риском развития кровоизлияний.

Интерпретация результатов диагностики после интракавернозных инъекций

Диагностические тесты с применением инъекций в пещеристые тела предусматривают оценивание эрекции от нуля до пяти по шкале Юнема. Так, её отсутствие, удлинение члена и эрекция средней степени являются признаками того, что причина ЭД, скорее всего, — в дисфункции сосудов. Если наблюдается набухание всего органа и его ригидность — причина ЭД имеет нейрогенный характер, поскольку сосуды здоровы.

Побочные эффекты интракавернозных инъекций

Самым распространённым побочным эффектом данной процедуры, который случается в одном случае из десяти, — это развитие болевой симптоматики в пенисе во время эрекции. Как правило, они уходят после того, как эрекция прекращается. Другие негативные проявления заключаются в следующем:

  • появление гематом на месте укола;
  • развитие кровотечения из места инъекции;
  • укорочение пениса при многократном проведении уколов;
  • понижение АД;
  • развитие тахикардии.

Наиболее серьёзным побочным эффектом является приапизм. Это — состояние, при котором у пациента наблюдается длительная, сексуально не мотивированная эрекция, отличающаяся болезненностью. Она может длиться до четырёх часов даже после семяизвержения и может оказать неблагоприятное воздействие на кровеносные сосуды полового органа.

Записаться на приём к урологам сети клиник «Доктор рядом» или узнать наши цены можно позвонив нам: +7 (495) 153-01-77.

Удаление инородных тел из полового члена

Диагностика

В большинстве случаев пациенты сами приходят на обследование при появлении различных патологий:

  • болях в пенисе, усиливающихся при половом акте;
  • деформаций различного характера;
  • малой подвижности кожи полового члена;
  • отёков и воспалений с формированием гнойных свищей;
  • нарушения эрекции.

При первичном осмотре наши врачи могут безошибочно определить присутствие инородного тела в тканях. Для определения точного положения и размеров, а также наличия олеогранулемы, других изменений и рубцов назначается аппаратная диагностика:

  • ультразвуковое исследование,
  • допплерография,

Удаление инородного тела

Во всех случаях, когда введённые препараты, составы или предметы доставляют дискомфорт и боли, необходимо срочное оперативное вмешательство. Сложность операции напрямую зависит от следующих факторов:

  • количество введённого вещества,
  • степень изменения окружающих тканей.

Если вещество или предмет были введены недавно, за короткий период они не могут вызвать значительных изменений. При расположении олеогранулемы в пространстве под кожей полового члена она легко удаляется простой операцией с минимальным надрезом.

Если изменения обширные, в этом случае требуется более сложная операция. Удалению подлежат все затронутые ткани и рубцы, как и само вещество, введённое для увеличения пениса. Часто в таких случаях требуется восстановление кожного покрова полового члена, вплоть до пересадки лоскутов с других частей тела пациента.

Есть случаи, когда инородный предмет или вещество вводится в пещеристое тело пениса. Если оно не было удалено своевременно, и изменения коснулись тканей, после операции может потребоваться имплантация протеза полового члена.

Чем раньше пациенты обращаются к нашим врачам за помощью, тем легче проходит операция. У нас применяются самые передовые методы удаления инородного тела из полового члена в Калуге. Тем не менее, время играет против вас, если своевременно не удалить инородное вещество.

Реабилитация

Срок восстановления зависит от сложности проводимой операции. При лёгких случаях он составляет от 7 до 10 дней. В тяжёлых может затянуться на несколько месяцев. При любых обстоятельствах пациенты находятся под наблюдением врача до полного выздоровления.

Болезнь Пейрони, лазерное лечение искривления полового члена в клинике Оксфорд Медикал


Болезнь Пейрони (фибропластическая индурация полового члена) – заболевание, развивающееся вследствие формирования фиброзной бляшки и последующего искривления полового члена. 

Причины и симптомы болезни Пейрони

Половой член состоит пустотелых образований, называемых кавернозным или пещеристым телом. Во время эрекции в пещеристое тело, состоящее из множества ячеек, поступает и поддерживается под давлением кровь, за счет чего, собственно, и наблюдается эрекция. 

При болезни Пейрони белковая оболочка пещеристого тела может уплотняться, вследствие чего появляются фиброзные бляшки, — именно из-за них искривляется член во время эрекции. Кроме того они могут мешать члену увеличиваться в необходимых объемах и затвердевать.

Достоверная причина развития фиброзных бляшек не определена, но врачи предполагают, что провоцирующими факторами могут быть постоянные микротравмы полового члена. Не исключены аутоиммунные факторы заболевания.

Помимо видимого искривления (в сложных случаях угол искривления может достигать 90 градусов, делая половой акт невозможным), на более поздних стадиях болезни пациенты жалуются на такие симптомы:

Диагностика и методы лечения болезни Пейрони

В основе диагностики лежит осмотр урологом-андрологом полового члена (для этого может быть вызвана искусственная эрекция) и УЗИ сосудов полового члена. При наличии эректильной дисфункции, исключаются другие возможные причины этой проблемы.

Лечение может быть консервативным или хирургическим – второй вариант применяется чаще из-за того, что пациент обращаются к врачу с уже основательно запущенным заболеванием. При консервативном лечении для сдерживания процесса могут применятся гормональные и стероидные препараты, витамины и ударно-волновая терапия.

Хирургическое лечение подразумевает удаление или рассечение фиброзных бляшек. Альтернативным подходом является иссечение более длинной стороны пещеристого тела, за счет чего член также выравнивается. Если болезнь Пейрони сопровождается эректильной дисфункцией – возможно одновременное протезирование полового члена. Со способом лечения определяется лечащий хирург после изучения состояния пациента.

Лазерное лечение в «Оксфорд Медикал»

Операция при болезни Пейрони в клинике «Оксфорд Медикал» производится при помощи хирургического лазера. Благодаря этому во время операции происходит меньшая кровопотеря, исключается внесение инфекции, а пациент восстанавливается быстрее.

Вследствие операции возможно развитие осложнений в виде эректильной дисфункции. Необходимо заметить, что пациенты, обращающиеся к врачу, уже имеют заболевание в запущенной форме или же осложненное эректильной дисфункцией, что делает половой акт невозможным. Потому риск осложнений – не повод отказываться от лечения.

Большой опыт хирургов-урологов клиники «Оксфорд Медикал», в сочетании с применением современного лазерного оборудования, позволяет минимизировать вероятность развития осложнений.

Узнать больше вы можете, обратившись к оператору чата на сайте или позвонив.

Пожалуйста, обратите внимание! Госпитализация и проведение оперативного вмешательства в хирургии клиники «Оксфорд Медикал» требуют обязательного прохождения ПЦР-теста на коронавирус.

Источники кровоснабжения полового члена и их анастомозы Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

2012

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Сер. 11

Вып. 2

УРОЛОГИЯ

УДК 611.64+611.13.16

И. В. Гайворонский1’2, Р. Г. Мазуренко2

ИСТОЧНИКИ КРОВОСНАБЖЕНИЯ ПОЛОВОГО ЧЛЕНА И ИХ АНАСТОМОЗЫ

1 ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет», медицинский факультет;

2 Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова

Известно, что такие мужские половые органы, как половой член, яичко, придаток яичка имеют выраженные особенности кровоснабжения, обусловленные их функциональным предназначением [1]. Данные органоспецифические особенности строения кровеносного русла заключаются в значительном преобладании артериальных сосудов над венозными, наличии аретериоло-венулярных анастомозов и оригинальной архитектонике гемомикроциркуляторного русла [2-6].

Исследованиями последних лет было установлено, что примерно у половины больных эректильной дисфункцией отмечаются органические поражения сосудистого русла [7, 8]. Причиной нарушений кровоснабжения мужского полового члена чаще всего являются атеросклероз, тромбоз венозных сосудов, инфекционно-аллергические заболевания и травмы [6, 9]. Как показывают клинические наблюдения, в основе патогенеза многих заболеваний мужского полового члена (эрректильная дисфункция сосудистого генеза, рак головки полового члена, эпи- и гипоспадия и ряд других) лежит нарушение васкуляризации органа [6, 10-13].

Глубокие знания строения сосудистого русла мужского полового члена необходимы при проведении современных хирургических вмешательств, таких как фалло-пластика, реваскуляризация и эмболизация сосудов [14-16]. Кроме того, актуальными вопросами являются: вариантная анатомия магистральных стволов полового члена, локализация и степень выраженности анастомозов и определение их роли при оклю-зионных поражениях магистральных артерий.

Целью настоящего исследования явилось изучение вариантной анатомии артерий мужского полового члена, их архитектоники и существующих анастомозов.

Материалы и методы исследования. Изучение артериального русла мужского полового члена проводилось методом препарирования на 49 препаратах, фиксированных формалином, а также на 26 препаратах, артериальное русло которых было инъецировано рентгенконтрастными массами.

Для определения экстраорганных и визуально определяемых интраорганных артерий полового члена, уточнения их архитектоники и топографо-анатомических

© И. В. Гайворонский, Р. Г. Мазуренко, 2012

отношений проводили поствитальную ангиографию, препарирование артерий, которые предварительно инъецировали рентгенконтрастной массой (свинцовым суриком).

Для выявления особенностей архитектоники внутриорганных артерий полового члена в качестве методик исследования была избрана транскапиллярная инъекция 1% раствором колларгола. Сосуды гемомикроциркуляторного русла и каверны губчатого и пещеристых тел изучали с помощью гистологических методик — окраски гематоксилином-эозином и импрегнации по Бильшовскому—Грос.

Измерения наружного диаметра артерий проводили в местах их ответвления от материнских стволов. Полученные данные обрабатывали методами вариационной статистики.

Результаты и обсуждение. Данные нашего исследования свидетельствуют о том, что половой член получает артериальное кровоснабжение, в основном, из бассейна внутренней половой артерии, причем, пещеристые тела получают артериальную кровь из глубоких и дорсальных артерий полового члена, луковица губчатого тела снабжается кровью, в большей мере, за счет артерий луковицы полового члена, губчатое тело и уретра полового члена — из уретральных артерий. Кожа и фасции полового члена васку-ляризируются из дорсальных артерий полового члена и наружных половых артерий.

Сходные данные об основных источниках кровоснабжения приводят М. А. Borge [15], T. Tudoriu, H. Bourmer [16]. Схема основных источников кровоснабжения мужского полового члена представлена на рис. 1. Данная схема позволяет сделать заключение о зонах кровоснабжения каждой из артерий. Однако, как показало наше исследование, артерии полового члена очень вариабельны, следовательно, и понятие о зонах их кровоснабжения в определенной мере условное. Рассмотрим вариантную анатомию основных артерий мужского полового члена.

Уретральная артерия

Рис. 1. Основные артерии мужского полового члена и зоны их кровоснабжения

Глубокая артерия полового члена парная, ее средний диаметр составлял 1,8±0,3 мм. Она вступала в половой член с медиальной стороны по отношению к его ножкам (в месте прикрепления пещеристых тел к седалищной кости). По нашим данным, в пещеристом теле артерия проходила в продольном направлении, располагаясь ближе к перегородке. Ветви глубокой артерии полового члена, проходящие в соединительно-тканных перегородках (трабекулах) между кавернами, расходились в радиальном направлении и заканчивались завитковыми артериолами в кавернах пещеристых тел.

Проведенные исследования с помощью макро- и микроскопических и микроскопических методик показали, что кроме ветвей, открывающихся непосредственно в каверны, от глубоких артерий отходили ветви, напрямую анастомозирующие с венозными сосудами (рис. 2). Они в большом количестве выявлялись в дистальной части полового члена и чаще располагались в периферических отделах пещеристых тел, но также могли встречаться и в белочной оболочке. Данные сосуды обеспечивают быстрое кровенаполнение венозных сосудов, расположенных в соединительно-тканных структурах мужского полового члена (трабекулы, белочная оболочка и ее перегородка). По-видимому, данные артерио-венозные анастомозы обеспечивают быстрый сброс артериальной крови в венозное русло и являются одним из важных факторов эрекции. За счет сильного кровенаполнения вен полового члена происходит раздражение барорецепторов, которые локализуются именно в стенках вен (барорецепторная эрогенная зона). Кроме артерио-венозных анастомозов в белочной оболочке пещеристых тел и перегородке полового члена находится большое количество артерио-артериаль-ных анастомозов между ветвями глубоких артерий полового члена противоположных сторон. Они позволяют быстро заполнять пещеристые тела за счет сосудов противоположной стороны. Такой механизм подтверждался нами при инъекции пещеристого тела рентгенконтрастными массами. Введение массы в пещеристое тело только с одной стороны полового члена обеспечивало быстрое и полное заполнение пещеристого тела контрлатеральной стороны.

Рис. 2. Артерио-артериальные (А-А) и артерио-венозные (А-В) анастомозы в трабекуле пещеристого тела полового члена:

Продольный срез. Импрегнация серебром по Бильшовскому—Грос. «Оптон-3». Ув. х 25 раз.

Дорсальная артерия полового члена в большинстве наблюдений являлась парной (в 71 наблюдений из 75). Она имела средний диаметр 2,1±0,4 мм. При препарировании мы установили, что данная артерия занимала наиболее латеральное положение на нижней поверхности глубокой поперечной мышцы промежности и была прикрыта в этом месте нижней фасцией мочеполовой диафрагмы. За лобковым симфизом артерия проходила под сухожилием седалищно-пещеристой мышцы и прочно фиксировалась к нижней поверхности лобковой кости. Затем она огибала пещеристое тело полового члена своей стороны, располагаясь латерально от пращевидной связки полового члена.

В 52% наблюдений дорсальные артерии полового члена с обеих сторон имели приблизительно равные диаметры и шли параллельно друг другу. В 34,7% наблюдений одна из артерий имела меньший диаметр. В некоторых случаях с одной стороны данная артерия отсутствовала вообще (4%) или была представлена ветвью одноименной артерии с противоположной стороны (9,3%). В подвижной части полового члена дорсальные артерии проходили под собственной фасцией полового члена. Между артериями располагалась дорсальная вена и нервы.

От дорсальной артерии на всем протяжении ствола полового члена, но чаще в дис-тальном отделе, отходили ветви, огибающие пещеристые тела — так называемые окружающие артерии полового члена.

Наши исследования показали, что ветви огибающих артерий также проникали в трабекулы пещеристых тел и в соединительно-тканную перегородку полового члена, формируя многочисленные артерио-артериальные и артерио-венозные анастомозы. Огибающие артерии также, как и ветви глубоких артерий, отдавали завитковые (улитковые) артериолы, открывающиеся непосредственно в каверны пещеристых тел. Завитковые (улитковые) артериолы обеспечивают во время эрекции быстрое наполнение пещеристых тел кровью.

Таким образом, ветви дорсальных артерий полового члена проникали в пещеристые тела с дорсальных и боковых поверхностей, а ветви глубоких артерий полового члена — изнутри. В трабекулах их ветви анастомозировали между собой.

Обе дорсальные артерии, войдя в головку органа, истончались и образовывали артериальную дугу, которая располагалась на глубине 4-6 мм от дорсальной поверхности головки. В образовании данной артериальной дуги также принимали участие ветви глубоких уретральных артерий полового члена. От дуги или артериального кольца, которое встречалось в 20% наблюдений, отходили многочисленные продольно ориентированные ветви, заканчивающиеся завитковыми артериолами в кавернах головки полового члена.

Указанная архитектоника артерий в области головки полового члена позволяет осуществлять чрезмерно быстрое и первостепенное заполнение каверн головки во время эрекции, так как данный анастомоз объединяет главные источники кровоснабжения.

Артерия луковицы полового члена названа в соответствии с Международной анатомической номенклатурой [3]. Следует обратить внимание, что практически во всех клинических и морфологических работах используется не номенклатурный термин — бульбарная артерия. Данная артерия была представлена в 54,7% всех наблюдений одним стволом, в 28% — двумя стволами и в 17,3% — тремя и более стволами. Как правило, множественные стволы артерии луковицы полового члена отходили от

промежностной артерии. В большинстве случаев (86,7% всех наблюдений) данная артерия начиналась от конечного ствола внутренней половой артерии перед ее делением на глубокую и дорсальную артерии полового члена. Несколько кпереди от нее отходила уретральная артерия. Артерия луковицы полового члена входила в луковицу и разветвлялась на несколько ветвей. Средний диаметр артерии луковицы полового члена в начальном отделе составлял 1,3±0,3 мм.

За пределами луковицы полового члена артерия продолжалась вдоль уретры и анастомозировала с ветвями уретральных артерий в средней трети губчатого тела.

Уретральная артерия, парная, всегда являлась ветвью внутренней половой артерии, ответвляющейся от ее нижней поверхности. Почти сразу она проникала в губчатое тело полового члена у места соединения его с пещеристыми телами. Ее средний диаметр составлял 1,2±0,2 мм. Она проходила через губчатое тело в продольном направлении, располагаясь на боковой поверхности мочеиспускательного канала, и достигала головки органа, где анастомозировала с ветвями дорсальных артерий полового члена.

Артерия луковицы полового члена и уретральная артерия отдавали завитковые артериолы к мелким кавернам губчатого тела. Во время эрекции они обеспечивали заполнение губчатого тела, не вызывая сдавления мочеиспускательного канала, что объясняется небольшим размером каверн.

Во всех наших наблюдениях уретральная артерия всегда имела продольное прямолинейное направление. Характерный продольный ход уретральных артерий может позволить выделить во время операции пещеристое тело, сохранив основные источники кровоснабжения губчатого тела и мочеиспускательного канала.

В кровоснабжении кожи проксимального отдела мобильной части полового члена принимают участие ветви наружной половой артерии.

Наружная половая артерия начиналась от медиальной части бедренной артерии одним или двумя стволами. В наших наблюдениях два ствола отмечались в 10,7% всех наблюдений. Диаметр начального отдела наружной половой артерии, если она начиналась одним стволом, составлял 1-1,5 мм. В области расщелины большой подкожной вены наружная половая артерия прободала разрыхленный участок широкой фасции бедра и проходила в подкожной клетчатке вместе с одноименной веной. Здесь артерия отдавала ветвь к коже мошонки и продолжалась к основанию полового члена. На стволе полового члена артерия проходила над глубокой фасцией параллельно дорсальной артерии полового члена, располагаясь латерально от последней. Указанные артерии образуют между собой сетевидные анастомозы в коже и собственной фасции полового члена.

Анализ архитектоники каждой из артерий мужского полового члена позволил установить места расположения и источники формирования основных артериальных анастомозов. Полученные данные представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, местами локализации артериальных анастомозов являются головка полового члена, пещеристые тела, луковица губчатого тела, губчатая часть мочеиспускательного канала, белочная оболочка, кожа. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что в половом члене существует единая артериальная сеть, представленная множественными анастомозирующими между собой источниками кровоснабжения.

Таблица 1. Источники и локализация артериальных анастомозов в мужском половом члене (ПЧ)

Место расположения анастомозов Сосуды, участвующие в образовании анастомозов

Головка ПЧ Дорсальные, глубокие артерии ПЧ и уретральные артерии (обеих сторон)

Пещеристые тела Глубокая артерия ПЧ и дорсальная артерия ПЧ (своей и противоположной стороны)

Луковица губчатого тела Артерия луковицы ПЧ и уретральная артерия (обеих сторон)

Уретральная борозда Глубокая, дорсальная артерии ПЧ и уретральная артерия (обеих сторон)

Кожа Ветви внутренней и наружной половых артерий (обеих сторон)

Белочная оболочка, перегородка ПЧ Глубокие и дорсальные артерии ПЧ

Таким образом, глубокие и дорсальные артерии являются основными источниками кровоснабжения пещеристых тел и головки полового члена, т. е. главными артериями, обеспечивающими эректильую функцию. В половом члене существует развитая сеть артериальных анастомозов в различных структурах органа, однако основным из них следует считать артериальную дугу, расположенную в области головки полового члена. Данный анастомоз осуществляет первостепенное заполнение головки полового члена в процессе эрекции.

Литература

1. Гайворонский И. В., Ничипорук Г. И. Анатомия органов мочеполовой системы: учеб. пособие. СПб.: ЭЛБИ-СП, 2010. 84 с.

2. Гайворонский И. В. Нормальная анатомия человека. СПб.: Спецлит, 2011. Т. 2. 423 с.

3. Melman A., Gingell J. C. The epidemiology and pathophysiology of erectile dysfunction // J. Urol. 1999. Vol. 161. P. 5-11.

4. Hauri D. Penile revascularization surgery in erectile dysfunction // Andrologia. 1999.Vol. 31. P. 65-76.

5. Okolokulak E. S. The morphofunctional changes of human penile blood vessels during the maturity // Folia morphologica. 1999. Vol. 58. P. 187.

6. Sarteschi L. M., Montorsi F., Fabris F. M. Cavernous arterial and arteriolar circulation in patients with erectile dysfunction: a power Doppler study // J. Urol. 1998. Vol. 159. P. 428-432.

7. Schrader M., Muller M., Knispel H. Revascularization of the corpora cavernosa in ischemia-induced erectile dysfunction // Zentralbl Chir. 2000. Vol. 125. P. 68-73.

8. Chatterjee R., Andrews H. O., McGarrigle H. H. Cavernosal arterial insufficiency is a major component of erectile dysfunction in some recipients of high-dose chemotherapy/chemo-radiotherapy for haematological malignancies // Bone Marrow Transplant. 2000. Vol. 25. P. 1185-1189.

9. Carini U., Manusia F., Cresti P. G., Severi S. Incidence of vasculogenic erectile dysfunction in multiple-region atherosclerosis pathology: diagnosis and therapeutic possibilities // Minerva Cardioan-giol. 1998. Vol. 46. P. 349-350.

10. Sica G. S., Sileri P., Riccardelli F. Revascularization of the corpora cavernosa in vasculogenic impotence // Minerva Urol. Nefrol. 1999. Vol. 51. P. 129-34.

11. Zumbe J., Drawz G., Wiedemann A. Indications for penile revascularization and long-11. term results // Andrologia. 1999. Vol. 31. P. 83-87.

12. Wespes E. New treatments for impotence // Rev. Med. Brux. 1999. Vol. 20. P. 377-379.

13. Andresen R., Wegner H. E., Banzer D. Erectile dysfunction due to single vessel failure: diagnosis and surgical treatment // Urol. Int.1998. Vol. 60. P. 181-183.

14. Puech-Leao P., Glina S., Reichelt A. Venous leakare through the crural enge of corpus caverno-sum: diagnosis and treatment // Eur. Urol. 1980. Р. 18-22.

15. Borge M. A. Penile arteriography // Tech. Urol. 1999. Vol. 5. P. 81-86.

16. Tudoriu T., Bourmer H. The hemodynamics of erection at the level of the penis and its local deterioration // J. Urol. 1983. Vol. 129. P. 741-745.

Статья поступила в редакцию 20 марта 2012 г.

Экзамен / Ответы / 2 Спланхнология / 2_34

Мужской половой член, penis, предназначен для выведения мочи, доставки спермы в половые пути женщины и получения полового удовлетворения. Он имеет две части: фиксированную, pars fixa, и подвижную, pars mobilis. Фиксированная часть прикреплена к лобковым костям, покрыта кожей промежности и мошонкой и называется корнем полового члена, radix penis. Подвижная часть — это свободно свисающий передний отдел члена, который носит название ствол, или тело — corpus penis.

На теле полового члена выделяют спинку dorsum penis, или передневерхнюю поверхность, и уретральную поверхность, facies urethralis, или нижнезаднюю поверхность. Основу спинки составляют два сросшихся пещеристых тела, основу уретральной поверхности — непарное губчатое тело. Заканчивается ствол головкой полового члена, glans penis, на вершине которой находится наружное отверстие мочеиспускательного канала, ostium urethrae externum.

Пещеристое тело полового члена, corpus cavernosum penis, — это парное образование цилиндрической формы с заостренными концами. Задний конец каждого пещеристого тела очень прочно сращен с надкостницей тазовой кости в области перехода ее седалищной ветви в лобковую, начинаясь почти от седалищного бугра. Этот конец называют корнем или ножкой пещеристого тела, crus corporis cavernosi. На уровне симфиза правое и левое пещеристые тела сближаются друг с другом и прочно срастаются по срединной плоскости. При этом пещеристые тела соединяются таким образом, что на верхней (передней) и нижней (задней) сторонах сращенных поверхностей остаются борозды. Верхняя борозда менее глубокая: ее занимают тыльные сосуды и нервы полового члена. Нижняя — уретральная борозда, sulcus urethralis, значительно глубже, в ней располагается губчатое тело полового члена.

Губчатое тело полового члена, corpus spongiosum penis, непарное, также имеет цилиндрическую форму. Концы губчатого тела полового члена расширяются. Задний его конец образует луковицу полового члена, bulbus penis, которая располагается в толще мышц промежности, кпереди от нижнего отдела прямой кишки.

Передний конец губчатого тела заканчивается головкой полового члена, glans penis, которая по форме напоминает колокол. В вогнутую часть головки входят заостренные передние концы парных пещеристых тел. Головка соединяется с основной частью губчатого тела полового члена своим задним (нижним) краем. Этот край уплощен, значительно короче и по срединной линии имеет вырезку, к которой прикрепляется уздечка крайней плоти, frenulum preputii. Складка состоит из тонкой, нежной, богато иннервированной кожи, продолжающейся кзади в шов полового члена, raphe penis. Закругленный свободный край головки полового члена носит название венец головки, corona glandis, позади которого находится шейка головки, collum glandis.

Строение пещеристых тел полового члена. Каждое из пещеристых тел имеет свою фиброзную белочную оболочку — tunica albuginea corporum cavernosorum . Она построена из плотной фиброзноэластической ткани, поэтому способна под давлением крови в момент эрекции значительно растягиваться и истончаться. Белочная оболочка губчатого тела, tunica albuginea corporis spongiosi, более тонкая и эластичная.

По срединной линии белочная оболочка пещеристых тел срастается, формируя непарную перегородку полового члена, septum penis. В этой перегородке имеются многочисленные щели, через которые осуществляется переход крови из одного пещеристого тела в другое. От внутренней поверхности белочной оболочки отходят отростки, разделяют пещеристое тело на отдельные мелкие ячейки — лакуны, или каверны, cavernae corporum cavernosorum.

 Ячейки губчатого тела, cavernae corporis spongiosi, по размерам гораздо меньше. Изнутри ячейки (каверны) выстланы эндотелием. В каждую из ячеек открывается завитковая артерия, arteria helicina, в устье которой находится сфинктерное устройство типа гладкомышечных подушечек.

Кожа в области полового члена очень тонкая, нежная и содержит большое количество тактильных рецепторов. Под кожей располагается соединительная ткань, богатая эластическими волокнами. Благодаря этому кожа полового члена способна очень сильно растягиваться при эрекции и собираться в многочисленные складки в невозбужденном состоянии. За эластической основой кожи и подкожными венами располагается поверхностная фасция полового члена, fascia penis superficialis. Поверхностная фасция очень рыхло соединяется с собственной (глубокой) фасцией полового члена, fascia penis propria (profunda).

Прежде чем перейти на головку полового члена, кожа образует круговую дупликатуру — крайнюю плоть полового члена, preputium penis, которая закрывает всю головку. Крайняя плоть состоит из наружного и внутреннего кожных листков.

В коже полового члена имеются потовые и сальные железы. Они особенно многочисленны на нижней (задней) его поверхности. В области кожи головки, шейки головки и уздечки крайней плоти железистых образований нет.

В области корня полового члена имеются две подвешивающих связки: поверхностная подвешивающая связка, lig. suspensorium penis superficiale и глубокая подвешивающая связка или пращевидная связка полового члена, lig. fundiformepenis

Мышцы полового члена. В функциональном отношении к половому члену имеют отношение две мышцы — луковично-губчатая, m. bulbospongiosus, и седалищно-пещеристая, m. ischiocavernosus . По своему развитию они являются мышцами промежности.

 Половой член (сагиттальный разрез): 1 — preputium penis; 2 — glans penis; 3 — corona glandis; 4 —collum glandis; 5 — corpus cavernosum penis; 6 — cutis; 7 — trabeculae corporum cavernosorum; 8 — tunica albuginea; 9 — urethra; 10 — corpus spongiosum penis; 11 — cavernae corporis spongiosi; 12 — valvula fossae navicularis; 13 — frenulum preputii; 14 — fossa navicularis

Поперечный разрез полового члена: а — в области тела: 1 — cutis; 2 — a. profunda penis; 3 —urethra; 4 — corpus spongiosum penis; 5 — tunica albuginea corporis spongiosi; -f. penis propria; 7 —septumpenis; 8 — corporum cavernosorum penis; 9 — tunica albuginea corporis cavernosi; 10-n. dorsalis penis;11-a. dorsalis penis; 12 — v. dorsalis penis superficialis; 13 — v. dorsalispenisprofunda; б-через задний отдел головки: 1 — glanspenis; -preputium penis; 3 — a. profunda penis; 4 — tunica albuginea corporis cavernosi; 5 —septum penis; 6 — urethra; 7 — corporum cavernosorum penis; в — через передний отдел головки: 1 — a. profunda penis; 2 — urethra; 3 — septum glandis

Строение мужского полового члена (вид снизу): 1 — ostium urethrae externum; 2 — glans penis; 3 —corona glandis; 4 — sulcus urethralis; 5 — corpus cavernosum penis; 6 — f. penis propria; 7 — m. ischiocavernosus;8 — crus corporis cavernosi; 9 — urethra; 10 — gl. bulbourethralis; 11 — f. diapragmatis urogenitalis inferior; 12 — m. transversus perinei profundus; 13 — bulbus penis; 14 — m. bulbospongiosus; 15 — corpus spongiosum penis

Взаимосвязанная кавернозная структура плодовых тел бактерий

Abstract

Формирование наполненных спорами плодовых тел миксобактериями представляет собой увлекательный случай многоклеточной самоорганизации бактерий. Организация Myxococcus xanthus в плодовые тела давно изучается не только как важный пример коллективного движения бактерий, но и как упрощенная модель морфогенеза развития. Спорообразование в зарождающемся плодовом теле требует передачи сигналов между движущимися клетками, чтобы палочковидные самодвижущиеся клетки дифференцировались в споры в соответствующее время.Исследование трехмерной структуры плодовых тел миксобактерий ранее представляло проблему из-за ограничений различных методов визуализации. Новый метод с использованием инфракрасной оптической когерентной томографии (ОКТ) выявил ранее неизвестные детали внутренней структуры плодовых тел M. xanthus , состоящих из взаимосвязанных карманов областей с относительно высокой и низкой плотностью спор. Чтобы понять экспериментально наблюдаемую структуру, было использовано моделирование и компьютерное моделирование для проверки гипотетического механизма, который может создавать карманы спор с высокой плотностью.Механизм состоит в том, что самодвижущиеся клетки выравниваются друг с другом и передают сигналы посредством сквозного контакта для координации процесса дифференцировки, что приводит к образованию кластеров, наблюдаемых в эксперименте. Интеграция новых экспериментальных методов ОКТ с вычислительным моделированием может дать новое представление о механизмах, которые могут привести к формированию паттернов, наблюдаемых в других биологических системах, таких как диктиостелиды, социальные амебы, которые, как известно, образуют многоклеточные агрегаты, наблюдаемые как слизняки в условиях голодания.

Резюме автора

Понимание самоорганизации бактерий является активной областью исследований с широким применением как в микробиологии, так и в биологии развития. Myxococcus xanthus подвергается многоклеточной агрегации и дифференцировке при голодании и широко используется в качестве модельного организма для изучения самоорганизации бактерий. В этой статье мы представляем результаты инновационного неинвазивного экспериментального метода, который выявляет гетерогенную структуру плодового тела, не замеченную в более ранних исследованиях.Понимание биологического механизма этих наблюдаемых паттернов достигается путем интеграции экспериментов с биологически значимым вычислительным моделированием. Моделирование показывает, что новый механизм, требующий выравнивания клеток, передачи сигналов и стерических взаимодействий, может объяснить карманы кластеров спор, наблюдаемые экспериментально в плодовых телах M. xanthus .

Образец цитирования: Harvey CW, Du H, Xu Z, Kaiser D, Aranson I, Alber M (2012) Взаимосвязанная кавернозная структура бактериальных плодовых тел.PLoS Comput Biol 8(12): е1002850. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850

Редактор: Станислав Шварцман, Принстонский университет, Соединенные Штаты Америки

Поступила в редакцию: 20 июня 2012 г.; Принято: 7 ноября 2012 г.; Опубликовано: 27 декабря 2012 г.

Авторское право: © 2012 Harvey et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: CWH был частично поддержан в рамках Летней исследовательской программы в Аргоннской национальной лаборатории. Работа IA поддерживалась Министерством энергетики США, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отделом материаловедения и инженерии по контракту DE-AC02-06Ch21357 (www.anl.gov). Работа DK, CWH и MA была частично поддержана грантом NIH 1R01GM100470-01 (www.nih.gov). Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Организация Myxococcus xanthus , наиболее изученного вида миксобактерий, в структуры, известные как плодовые тела, уже давно изучается не только как пример коллективного движения бактерий, но и как упрощенная модель морфогенеза развития. [1], [2]. Отдельные клетки M. xanthus не имеют жгутиков и передвигаются по субстрату с помощью скользящей подвижности [3], [4].Процесс образования плодовых тел начинается, когда миксобактериям не хватает питательных веществ, и в ответ популяция клеток собирается в большие агрегаты, содержащие сотни тысяч клеток, которые продолжают перемещаться внутри агрегата. В конце концов, клетки дифференцируются из подвижных палочковидных клеток в неподвижные сферические споры, способные переждать суровые условия. Во время этого процесса белок 17 кДа, известный как С-сигнал, передается между клетками и имеет решающее значение для процесса дифференцировки [5], [6].Было показано, что С-сигнал требует сквозного выравнивания [5], что С-сигнал требует движения клеток [7] и что С-сигнал накапливается в клетках на протяжении всего процесса развития и достигает пика, когда образуются споры [8]. .

Хотя зарождающееся плодовое тело содержит порядка клеток, только 1% клеток в плодовом теле становятся жизнеспособными спорами [9]. Остальные клетки, составляющие основной объем плодового тела, не превращаются в споры, не лизируются, а их внеклеточный материал, в частности полисахариды, каким-то образом интегрируется во внутреннюю структуру плодового тела.Часть клеточного дебриса служила бы источником питательных веществ для клеток, движущихся в холмике. Несмотря на то, что изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), показали то, что выглядело как плотная однородная упаковка спор [9], трудно разрешить такое однородное распределение спор с тем фактом, что основная масса клеток никогда не становится спорами.

В этой статье мы представляем интегративный подход, сочетающий новый экспериментальный метод с использованием инфракрасной оптической когерентной томографии (ОКТ) с вычислительными моделями для изучения структуры спор по мере их формирования в плодовом теле.Просмотр плодовых тел с помощью этого метода томографии показал, что области с высокой концентрацией спор в плодовом теле были окружены менее плотными областями. Основываясь на экспериментальных данных, мы разработали гипотезу, основанную на лежащей в основе биологии M. xanthus , которая может объяснить паттерн без хемотаксиса или диффузионных химических веществ на большие расстояния, которые использовались для объяснения других типов биологических паттернов. Наша гипотеза состоит в том, что основной механизм формирования этого паттерна заключается в том, что клетки движутся по слизистым следам и реверсируют, чтобы улучшить выравнивание, чтобы они могли передавать C-сигнал.Увеличение C-сигнала осуществляется локально клетками, которые координируют процесс дифференцировки, чтобы споры образовывались в карманах кластеров по всему холмику. Мы представляем расширенное описание гипотезы с биологической точки зрения в разделе «Результаты».

Чтобы проверить правдоподобность гипотезы, мы разработали две отдельные модели, использующие разную степень биологической детализации. В двух представленных нами моделях мы фокусируемся на более поздней стадии процесса образования плодовых тел, когда клетки уже агрегированы в какой-либо области и начинается спорообразование.Общий подход к моделированию изучает, как скоординированное самодвижение клеток и передача С-сигналов могут вызывать пространственные паттерны кластеров спор, наблюдаемые в экспериментах.

Мы начнем с одномерной (1D) модели, которая проверяет, как глушение и C-сигнализация создают кластеризацию на кольцевой дорожке. Вторая двухмерная (2D) модель реализует форму и движение ячеек и использует C-сигнализацию, которая требует сквозного выравнивания ячеек. Простота 1D-модели позволяет нам изучать очень широкий диапазон значений параметров, чтобы понять относительную важность двух конкретных аспектов кластеризации клеток — заклинивания клетками, сталкивающимися со спорами, и влияния С-сигнализации.2D-модель более требовательна к вычислительным ресурсам и не может исследовать тот же диапазон значений параметров, но вместо этого фокусируется на добавлении большего количества биологических деталей, таких как соединение формы и движения клеток с C-сигналами, которые требуют выравнивания. Результаты модельного моделирования сравнивали с экспериментально наблюдаемой кластеризацией спор. Предполагаемый механизм, основанный на выравнивании клеток и передаче сигналов при контакте для координации спорообразования, позволил восстановить структуру плодового тела, наблюдаемую в экспериментах.В дополнение к новому пониманию формирования бактериальных плодовых тел, лучшее понимание самоорганизации клеток, основанной на межклеточных сигналах и взаимодействии, имеет реальное значение для биологии развития.

Материалы и методы

Для проведения этих исследований мы разработали аппарат, который объединил моторизованный столик микроскопа с автономным устройством оптической когерентной томографии (ОКТ) и выполнил полностью компьютеризированное сканирование с использованием LabView для контроля времени сканирования и положение зонда.Затем мы разработали процедуры предварительной обработки в ImageJ для извлечения плоских поперечных сечений данных, которые затем можно было проанализировать с помощью дополнительных программ, написанных на Matlab. Программы анализа извлекли статистические свойства из трехмерных (3D) данных интенсивности, а также визуализировали трехмерные изображения насыпи.

Подготовка проб

Мы использовали чашки с агаром СТТ как для нормальных, так и для голодных условий выращивания M. xanthus . Чашки с СТТ-агаром изготавливают путем добавления 1,5% агара по весу к ТРМ (10 мМ трис, рН 8.0, 1 мМ, 8 мМ) буфер, который содержит 1,0% казитона по весу. Пластинки плодовых тел получают путем уменьшения количества Casitone с 1,0% до 0,1%. Это приводит к голоданию клеток, растущих на поверхности, и осуществляется процесс плодового тела. Сканирование насыпи делали через 1–2 недели после инокуляции чашек голодания. Это намного превышает 2–3 дня, необходимые для формирования насыпей плодовых тел, и гарантирует, что насыпи больше не будут активно формироваться.

ОКТ Фон

Для изучения трехмерного распределения плотности бактерий мы использовали неинвазивную инфракрасную оптическую когерентную томографию (ОКТ) высокого разрешения [10].ОКТ представляет собой интерферометрический метод получения изображений в рассеивающих средах, который измеряет углубленный профиль оптического рассеяния с использованием света с низкой когерентностью. Следовательно, изображение поперечного сечения создается путем бокового сканирования положения луча над образцом. В основе ОКТ лежит тот факт, что в рассеивающей среде когерентным является только отраженный (нерассеянный) свет. Соответственно, оптический интерферометр используется для разделения рассеянного света и обнаружения когерентного света. В нашей работе использовалась коммерчески доступная система визуализации (Niris OCT, Imalux Corporation, Cleveland, OH).Система ОКТ во временной области [11] использует оптическую топологию общего пути, центральную длину волны 1310 нм с шириной полосы 55 нм, с глубоким разрешением в воздухе и в воде. Время получения изображения максимального разрешения до 1,5 секунды. Датчик ОКТ, закрепленный на гибком кабеле, имеет диаметр 2,7 мм и боковое поле зрения 2 мм с латеральным разрешением 25 . Его можно легко установить в непосредственной близости от образца, чтобы получить изображение на всю его глубину (около 1–2 мм над образцом). В то время как ОКТ-сканирование по глубине выполняется с помощью пьезоволоконной линии задержки, боковое ОКТ-сканирование выполняется либо за счет перемещения образца, либо за счет освещения образца лучом зонда.Недавно ОКТ была использована для анализа коллективного движения суспензий плавающих бактерий [12]. Поскольку разрешение ОКТ порядка 100 м, он может различать только крупномасштабную структуру плодового тела, такую ​​как полости и скопления спор, а не отдельные клетки бактерий.

Сравнение метода ОКТ с SEM и LSCM

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) — это метод, который использовался ранее, чтобы показать, что споры внутри насыпи плотно упакованы [9].Однако подготовка плодового тела к СЭМ является инвазивной и требует обезвоживания в спирте и других осушающих агентах, которые, вероятно, сжимают структуру, удаляя области, содержащие значительное количество гидратированного полисахарида и внеклеточного материала.

Другие исследователи, обеспокоенные этими ограничениями, использовали лазерную сканирующую конфокальную микроскопию (LSCM) с флуоресцентно мечеными бактериями для изучения внутренней структуры бугорков [13]. Подготовка к ЛСКМ, как и ОКТ, не требует обезвоживания, поэтому плодовые тела можно выращивать и визуализировать на чашках с агаром без дополнительной обработки.Однако LSCM также сталкивается с ограничениями, касающимися длины волны возбуждения и излучения зеленого флуоресцентного белка (GFP). LSCM обычно использует свет с оптическими длинами волн для возбуждения образца и улавливания излучаемого света из определенной фокальной плоскости, блокируя свет не в фокусе. Использование LSCM для исследования насыпей плодовых тел вызывает следующие опасения. Исследователи заметили, что экспрессия GFP формирует внешнюю оболочку куполообразной насыпи. Они пришли к выводу, что ядро, вероятно, представляет собой полую область, поддерживаемую внеклеточным полисахаридом.В то время как они возражали против различий в экспрессии GFP клетками в оболочке и клетками в ядре, существует другое возможное объяснение похожего на оболочку паттерна.

Флуоресценция

GFP использует возбуждающий свет с длиной волны 480 нм и излучает с длиной волны 510 нм [14]. Когда свет проходит через любую среду, он подвергается как рассеянию Рэлея на частицах, меньших длины волны света, так и рассеянию Ми на частицах, длина которых больше длины волны света. Ролеевское рассеяние обратно пропорционально длине волны в четвертой степени.Это означает, что возбуждающий свет с длиной волны 480 нм рассеивает в 60 раз больше, чем ИК-свет с длиной волны 1310 нм, что позволяет ИК-свету проникать глубже, чем видимый свет. Насыпь плодовых тел состоит из спор микронного размера, а также из бесчисленных молекул, варьирующихся в широком диапазоне нанометров (что наиболее важно меньше, чем видимая длина волны GFP). Инфракрасный свет, используемый ОКТ, позволяет лучше исследовать внутреннюю структуру плодового тела. Платой за лучшую глубину рассеяния является уменьшение разрешения.

Известно, что помимо рассеивания, M. xanthus продуцирует каротиноиды, предназначенные для поглощения видимого света [15]. Производство каротиноидов часто удается избежать в лабораторных условиях путем выращивания чашек в темноте. Рассеяние и поглощение определяют максимальную глубину, на которой виден GFP. Установлено, что максимальная глубина GFP в легочной ткани составляет [14]. Средняя высота бугров в [13] оказалась равной 27 мкм, при этом некоторые бугры достигают высоты 45 мкм. Вполне возможно, что видимый свет GFP не может быть обнаружен из сердцевины плодового тела.Эта проблема решается за счет использования более длинноволнового света, такого как инфракрасный (ИК) свет, используемый ОКТ.

Изображение в проходящем свете

Микроскопию выполняли на инвертированном микроскопе Olympus, а изображения получали с помощью высокочувствительной камеры Spot Boost EMCCD 2100 (Diagnostic Instruments Inc.). Камера по-прежнему была чувствительна к ИК-датчику устройства ОКТ, который появлялся в поле зрения в виде маленькой белой точки. Именно это позволило точно позиционировать зонд над конкретными курганами.

Получение сканирования

Чтобы получить 3D ОКТ-сканы плодовых тел, мы ищем нужную область, используя микроскопию в светлом поле при малом увеличении. Затем, используя поступательный столик с трехосным приводом от микрометра, мы помещаем головку зонда над участком. Инвертированный микроскоп позволяет точно позиционировать датчик, поскольку холмики все еще видны, когда головка датчика находится на оптическом пути микроскопа (см. рис. 1b ). После позиционирования выполняется сканирование путем создания 2D-срезов насыпи, в то время как столик перемещается перпендикулярно боковому сканированию зонда.Автоматизация управлялась программой LabView, которая перемещала столик и запускала ОКТ для одного среза. Параметры сканирования можно варьировать, чтобы сканировать большую площадь пластины роя, чтобы увидеть множество насыпей или сосредоточиться на одной конкретной насыпи. Расстояние между ломтиками обычно составляло . Систему Imalux Imaging можно настроить таким образом, чтобы обнаруженный сигнал для определенного бина усреднялся по нескольким циклам. Это аналогично более длительному времени выдержки на пиксель в лазерной сканирующей микроскопии. Усреднение обычно проводилось по 20 циклам.Существует компромисс между разрешением и периодом сканирования. Глубина сканирования также влияет на период сканирования.

Рис. 1. Позиционирование зонда для сбора данных.

Два прямоугольника выделяют одно и то же поле для двух изображений. A) 2-кратное увеличение роевой пластины без зонда. Плодовые тела выглядят как темно-черные круги и овалы со светлым периметром. B) Белая стрелка указывает на головку зонда, расположенную над насыпями.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g001

Анализ изображений и рендеринг

Для анализа скана интенсивности 3D ОКТ 2D-срезы загружаются в Matlab в виде 3D-матрицы.Необработанные данные представляют собой изображение со значениями красно-зелено-синего цвета (RGB), которое преобразуется в 8-битное изображение в градациях серого с диапазоном интенсивности от 0 до 255. Для сканов ОКТ наибольшие наблюдаемые значения интенсивности находились в диапазоне от 180 до 190. К периметру каждого поперечного сечения значения падают ниже 10, что соответствует поверхности насыпи. Есть внутренние области, где значения интенсивности достигают всего 80. Поперечные сечения в плоскости были извлечены из 3D-данных путем фиксации значения z для получения 2D-изображения в плоскости xy, параллельной поверхности агара.Для каждого поперечного сечения в плоскости моменты изображения и моменты центрального изображения задаются следующим образом: где — данные интенсивности оттенков серого для поперечного сечения, имеющего (столбец) пикселей. Центроид поперечного сечения определяется как . Из центроида можно вычислить моменты второго центрального изображения как , и . Ковариационная матрица для поперечного сечения имеет вид . Наконец, собственные значения и собственные векторы используются для расчета ориентации, эксцентриситета, а также большой и малой осей поперечного сечения насыпи в плоскости.

3D-рендеринг кургана выполнен с использованием функции изоповерхности в Matlab. Внешняя оболочка представляет собой изоповерхность с изозначением 10 и большой прозрачностью. Для многослойного изообъемного рендеринга самые высокие изозначения, которые в основном находятся внутри, визуализировались с более высокой непрозрачностью. Последующие более низкие изозначения были нарисованы с уменьшением непрозрачности, чтобы можно было визуализировать внутреннюю структуру.

Описание вычислительных моделей

Чтобы изучить, как движение клеток и передача сигналов клеточного контакта в развивающемся плодовом теле могут привести к появлению паттернов, характеризующихся плотными карманами, проявляющимися как своего рода неровности на ОКТ, мы используем вычислительные модели, которые фиксируют движение клеток в среда плодового тела.Ранее для изучения клеточной агрегации и формирования плодовых тел, а также переноса спор и пространственной организации использовалась трехмерная модель решетчатых газовых клеточных автоматов [16], [17].

В обеих моделях мы начинаем моделирование с ячеек в совокупности и накопления C-сигнала. В то время как подавляющее большинство клеток погибает во время процесса плодового тела, о чем свидетельствует тот факт, что 1,0% или менее становятся спорами [9], ключевое значение гибели клеток заключается в том, что питательные вещества становятся доступными для выживших клеток.То, как клетки умирают, менее важно для текущего исследования. Питательные вещества, которые поступают из мертвых клеток, позволяют клеткам продолжать двигаться и передавать С-сигналы, чтобы достичь уровня, необходимого для спорообразования. Мы делаем предположение, что клетки в моделях имеют достаточную энергию для поддержания своего движения. Хотя гибель клеток не является явной в модели, заставляя клетки постоянно двигаться в совокупности, мы предполагаем, что доступен источник энергии. Без достаточной энергии для движения недостаток подвижности не позволил бы клеткам передавать С-сигнал [7].На самом деле эти уровни энергии будут поддерживаться питательными веществами из клеток в совокупности, которым не хватает энергии и лизиса. Этот подход используется специально для изучения того, как скоординированное движение клеток и передача С-сигналов могут вызывать пространственные паттерны кластеров спор.

одномерных ячеек в модели трека.

Исходя из предположения, что траектории отдельных клеток ограничены полушарием плодового тела, мы разработали приближение нулевого порядка, моделируя движение клеток по одномерной круговой дорожке.Эту упрощенную модель можно использовать для изучения эффектов помех и передачи сигналов, когда клетки движутся по одному и тому же пути.

В этой одномерной модели дорожки ячейки инициализируются случайным образом по всей дискретизированной дорожке и перемещаются по дорожке с постоянной скоростью. По мере того, как клетки движутся по круговой дорожке, они могут в конечном итоге попасть в область, занятую спорами. Это может привести к пробкам, где скапливаются клетки и споры. На каждом шаге моделирования каждая ячейка пытается перейти на следующую позицию в дорожке.Несмотря на то, что дорожка является одномерной, мы не ограничиваем положение на дорожке одной ячейкой. Если несколько ячеек занимают одну и ту же позицию на дорожке, мы говорим, что ячейки расположены рядом в пространстве. Эта дополнительная степень свободы делает эту модель псевдо-2D моделью. Мы игнорируем изменение направления и предполагаем, что все клетки движутся в одном направлении. Когда клетка пытается переместиться в позицию, содержащую споры, используется вероятность прохождения (), чтобы решить, может ли клетка переместиться в эту позицию.это число от 0 до 1. Выбирается равномерно распределенное случайное число (), и успешный проход произойдет, если . Если в определенном месте находится более одной споры, то эффективная вероятность прохождения равна , где равно количеству спор в этом месте. Потому что шансы клетки пройти уменьшаются с увеличением количества спор.

В этой модели подвижные клетки становятся неподвижными спорами, когда они накапливают достаточно С-сигнала. Насколько нам известно, количество С-сигнала, необходимого для превращения клеток в споры, неизвестно.Однако в [8] было показано, что различные стадии процесса плодового тела сильно коррелируют с уровнями С-сигнала и что уровни С-сигнала достигают максимума в тот момент времени, когда клетки становятся спорами. В то время как регуляторная сеть, которая вызывает спорулирование клеток, сложна, использование порога C-сигнала для определения того, когда клетки становятся спорами, является упрощением, оправданным выводами в [8]. В обеих разработанных нами моделях мы устанавливаем произвольное значение в качестве порога спорообразования, которое принимается равным 1.0 в этой упрощенной модели.

Каждая ячейка также инициализируется некоторой концентрацией C-сигнала от 0 до 0,5. Мы предполагаем, что концентрация C-сигнала увеличивается на 0,005 с каждым шагом моделирования. Передача сигналов между ячейками моделируется скоростью передачи (), которая определяет, сколько сигналов клетки получают от своих соседей. Упрощенный алгоритм, используемый для передачи сигнала, разработан на основе того факта, что C-сигнал, как было показано, передается ячейками, выровненными встык [5]. Для этого рассчитывается средняя концентрация С-сигнала всех клеток в данной позиции трека.Каждая ячейка увеличивает свою концентрацию на величину , где средняя концентрация С-сигнала для ячеек на одну позицию трека впереди и позади текущей позиции ячейки. Ячейки, которые занимают одно и то же положение, не передают никакого сигнала, и ни к одной ячейке не применяется уменьшение С-сигнала. Когда концентрация С-сигнала клетки достигает 1,0, клетка становится спорой и перестает двигаться по дорожке. и являются двумя ключевыми параметрами в этой модели.

Моделирование выполняется до тех пор, пока все клетки не превратятся в споры, а затем анализируется для изучения распределения спор вдоль дорожки.

2D стохастическая модель.

В дополнение к упрощенной модели следов мы расширили двумерную стохастическую модель, которая была ранее разработана для изучения роения миксо в [18], [19]. Поскольку модель трека является минималистичной моделью, допущения могут чрезмерно упростить интересующую конкретную биологическую систему. Мы хотели посмотреть, сможет ли расширение ранее разработанной модели, которая учитывала форму и движение клеток, восстановить закономерности кластеризации спор, наблюдаемые в экспериментах.Моделируя клетки с использованием более биологически реалистичных алгоритмов движения в 2D-дисках, мы изучали, как могли развиваться паттерны поперечных сечений в плоскости из экспериментов ОКТ.

Особенности этой модели включают алгоритмы движения для M. xanthus , в которых используются два двигателя подвижности, известные как A- и S-подвижность. А-подвижность моделируется клеткой, движущейся в направлении своей длинной оси. S-подвижность моделируется клетками, выравнивающимися с клетками в области длиной в одну клетку перед клеткой.Дополнительными факторами, определяющими движение клетки, являются следы слизи, оставляемые клетками, и столкновения с другими клетками. Кроме того, клетки подвергаются регулярной инверсии направления. Ячейки представлены в модели тремя узлами. Каждая пара узлов в ячейке соединена сегментом, который моделируется как пружина, и два сегмента изгибаются вокруг среднего узла. Это позволяет клеткам изгибаться и разрешать столкновения с окружающими ячейками. (Более подробная информация о столкновениях представлена ​​ниже). Один конечный узел каждой ячейки обозначается как головной, а другой — как хвостовой.Во время изменения направления головной узел и хвостовой узел переключаются, что приводит к изменению направления ячейки. Клетки реверсируются со средним периодом 81 минута на основе экспериментального измерения инверсий клеток в [19]. В этой модели период реверсии не зависит от С-сигнала, что согласуется с описанием белков Frz, действующих как пейсмейкер периода реверсии, как описано в [20].

Стохастичность вводится путем добавления случайного вклада в направление ячейки.Положение каждой клетки обновляется путем предварительного перемещения головного узла с постоянной скоростью в направлении, определяемом способствующими факторами — А-подвижностью, S-подвижностью и следами слизи. Получается взвешенная сумма этих факторов, которая нормализуется для получения единичного вектора, указывающего в направлении движения. Веса для каждого фактора включены в таблицу S1 в качестве вспомогательной информации. После перемещения головного узла используется алгоритм мегаполиса для проверки и принятия возможных положений среднего и хвостового узлов.Вероятность принятия расположения двух замыкающих узлов определяется упругой энергией , где — коэффициент изгиба, — угол между сегментами, коэффициент растяжения каждого сегмента и — текущая длина и длина покоя каждого сегмента.

Важными параметрами модели являются относительная сила факторов, определяющих направление, частота реверсирования, а также коэффициент изгиба и растяжения. Значения этих параметров, которые надежно фиксируют коллективное движение М.xanthus были установлены в предыдущей статье [18], где доступны более полные сведения о модели. Значения параметров, используемые в 2D-моделировании, приведены в таблице S1 в качестве вспомогательной информации.

В отличие от 1D-модели, в которой взаимодействие клеток и спор описывается вероятностью, в 2D-модели взаимодействие клеток и спор определяется процессом столкновения. Когда клетка пытается переместиться в положение, в результате которого тело этой клетки перекрывается с телом другой клетки, движущаяся клетка пытается согнуться и разрешить столкновение с другой клеткой.Этот процесс изгиба во время столкновений ячеек использует гамильтониан упругой энергии (H) и критерии мегаполиса, чтобы принять изогнутую конфигурацию узлов, составляющих ячейку. Если изгибание ячейки отклоняется шагом метрополии, то ячейка останавливается до следующего временного шага. Такая остановка разрешается либо изменением положения других ячеек, окружающих застрявшую ячейку, либо реверсированием застопорившейся ячейки. Точно так же, когда клетка сталкивается со спорой, она должна выполнить эту процедуру изгиба, чтобы обойти спору.Поскольку споры имеют круглую, а не палочковидную форму, пространственный эффект столкновений клеток со спорами отличается от столкновений клеток с клетками. Поскольку движение клеток определяет взаимодействие клеток и спор, нет необходимости включать параметр, который определяет вероятность прохождения, как это используется в упрощенной одномерной модели.

Поскольку модель уже была проверена на движение клеток, сделанные нами расширения были сосредоточены на передаче С-сигналов и споруляции. Чтобы расширить эту модель для проверки нашей гипотезы формирования структуры кургана, мы добавили компоненты, описывающие С-сигнализацию и споруляцию.Это было сделано путем назначения каждой клетке счетчика для С-сигнала и введения двух состояний клетки: 1) подвижная клетка и 2) неподвижная спора. Подвижные клетки накапливают С-сигнал при контакте с другими подвижными клетками. Для передачи сигнала между ячейками требуется, чтобы ячейки были выровнены и соприкасались друг с другом. Для каждой ячейки мы определяем ориентацию как вектор, указывающий от головы к хвосту, и считаем ячейки выровненными, если угол между двумя ориентациями ячеек меньше 30 градусов. Полярность ячеек значения не имеет (т.е. контакт между двумя головками, двумя хвостами или головкой и хвостом вызывает обмен сигналами). Как и в случае с трековой моделью, соседние клетки не обменивались сигналами. На каждом шаге моделирования мы проверяем, соответствуют ли две ячейки требованиям для передачи сигналов, и если да, то две ячейки обмениваются сигналами. Каждый обмен сигналами между двумя клетками вызывает увеличение счетчика C-сигналов клеток на 1. Когда клетка достигает порога сигнала 500, состояние клетки изменяется с подвижного на неподвижное, а тело в форме стержня изменяется. заменяется округлой спорой.

Поскольку величина увеличения C-сигнала установлена ​​равной одной единице на сигнальное событие, пороговое значение определяет скорость накопления C-сигнала. Устанавливая порог ниже, каждое событие C-сигнала учитывает большее приращение относительно порога. Напротив, установка более высокого порога приводит к тому, что каждое событие C-сигнала будет меньшим приращением. В моделировании, где порог был установлен в два раза выше, чем значение по умолчанию 500, мы не увидели существенной разницы в пространственном паттерне, несмотря на дополнительное время, необходимое клеткам для превращения в споры.

Для имитации агрегации плодового тела мы создали область размером 500×500 микрон с периодической границей, содержащей 4 диска радиусом 50 микрон. Первоначально ячейки распределяются случайным образом по всему домену. Клетки, которые были случайно размещены внутри окружности диска, были ориентированы по касательной к радиусу диска, чтобы создать вращение, соответствующее формированию плодового тела (см. рис. 2 ). Чтобы было ясно, во время симуляции движение клеток внутри диска не ограничивается фиксированным радиусом или траекторией, как в 1D-модели, а клетки перемещаются в 2D-области в зависимости от местных условий, включая следы слизи, проложенные другими клетками.Следы слизи и ориентация соседних клеток усиливают вращательный характер движения. В конце моделирования мы проанализировали распределение спор внутри дисков и сравнили результаты с экспериментальными данными и результатами одномерной модели треков.

Рис. 2. Начальные условия 2D моделирования.

Все ячейки располагаются в домене случайным образом, но ячейки, попадающие в область дисков, имеют ориентацию, касающуюся радиуса диска.Ориентация клеток вне диска случайна.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g002

Результаты

ИК-изображение в проходящем свете

Ожидалось, что использование метода ОКТ для сканирования плодовых тел точно выявит внутреннюю структуру благодаря улучшенной глубине сканирования ИК-света (технические детали для этого обоснования приведены в подразделе «Материалы и методы» «Сравнение метода ОКТ с СЭМ и ЛСКМ’). На самом деле, мы подозреваем, что сердцевину насыпи плодового тела нельзя исследовать с помощью видимого света.Доказательством этого является темный вид курганов на изображениях в светлом поле (см. рис. 3 ). Было обнаружено, что микроскопические изображения структуры насыпи можно получить, используя ИК-зонд в качестве источника проходящего света для инвертированного микроскопа. Мы сосредоточили инфракрасный свет от зонда над насыпью, чтобы получить изображения, на которых были видны детали, не видимые на изображениях насыпи в светлом поле. На рис. 3 можно увидеть параллельное сравнение светлопольных изображений с использованием оптического и инфракрасного света.В то время как оптический свет не проходит через насыпь, инфракрасный свет проходит через насыпь и выявляет контуры и структуру, не видимые на изображениях в светлом поле. Изображение в проходящем ИК-свете показало структуру, аналогичную структуре, которую мы обнаруживаем на трехмерных изображениях ОКТ-томограмм (см. «Крупномасштабная неоднородная внутренняя структура плодовых тел» ниже).

Рис. 3. Микроскопия в проходящем свете в светлом поле и в проходящем в инфракрасном диапазоне.

Два разных режима показаны с использованием двух разных фокальных плоскостей.A) и C) сосредоточены у вершины насыпи, а B) и D) сосредоточены ближе к поверхности. Крупномасштабные неоднородности, наблюдаемые на ОКТ-сканах, можно наблюдать оптически на C) и D). При визуальном освещении внутренняя структура не видна, панели A) и B).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g003

ОКТ-сканы улучшены за счет масляной иммерсии

Отдельные срезы, сделанные ОКТ, можно увидеть на рис. 4 . Ранние сканирования страдали от отражения света обратно к зонду от вершины кургана.Это отражение проблематично, потому что зонд обнаруживает повышенный сигнал прямо над насыпью. Кроме того, отраженный свет сокращает количество света, попадающего в насыпь, что снижает отношение шума к сигналу. Также было обнаружено, что сухие сканы также страдали от эффекта линзирования из-за изменения показателя преломления от воздуха к насыпи. Этот эффект линзы привел к тому, что прибор ОКТ обнаружил более высокие уровни обратного рассеяния под холмиками под поверхностью агара.(См. яркую область под насыпями на рис. 4A и C ).

Рис. 4. Один срез ОКТ-скана для разных носителей.

Темная область — это пространство над поверхностью чашки с агаром. Красная область – это агар. Желтая область — это насыпь, а также бактерии на поверхности. А) Сухое сканирование. B) Иммерсионное сканирование насыпи в масле (A). в) Сухое сканирование. D) Сканирование холмика, погруженное в глицерин (C). Более яркие области под буграми на (A) и (C) демонстрируют эффект линзирования для сухих сканов.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g004

Чтобы улучшить качество изображения, мы помещаем каплю микроскопического масла на поверхность агаровой пластины и погружаем головку зонда в масло. Рисунок 4 демонстрирует разницу между визуализацией в воздухе и в масле. Мы также провели тесты с глицерином, которые показали аналогичные улучшения. Однако, поскольку масло не смешивается с водой в агаре и не испаряется, оно обеспечивает лучшую среду погружения для сканирования.Сканирование под водой дало лучший контраст между сигналом и шумом внутри насыпи и сократило отраженный свет. Было показано, что показатель преломления для бактерий равен [21]. Это объясняет, почему масло для микроскопии с показателем преломления 1,53 является идеальной средой для погружения в бактериальные насыпи. При сканировании в масле устройство ОКТ корректировало показатель преломления, регулируя количество пикселей, используемых при сканировании. Это потребовало масштабирования изображения в вертикальном направлении, чтобы восстановить соотношение сторон скана 1∶1.Наконец, было принято соотношение 3,3 мкм/пиксель.

Крупномасштабная неоднородная внутренняя структура плодовых тел

Проведен детальный анализ ОКТ холмика плодового тела с целью изучения его внутреннего строения. Анализ изображения (описанный в разделе «Материалы и методы») позволил количественно оценить как внутреннюю структуру, так и внешнюю форму кургана.

Сканирование

не показывает никаких признаков структуры оболочки и ядра, что было предложено в исследовании LSCM [13].Вместо этого они обнаруживают непрерывную неоднородную структуру плотности, содержащую участки интенсивности, которые могут отражать изменения в концентрации спор. Эти домены можно увидеть как на трехмерных изображениях ( рисунок 5 ), так и на отдельных поперечных сечениях в плоскости ( рисунок 6A ). На этих изображениях оптическая плотность, измеряемая интенсивностью, зависит от плотности рассеивания в средах, т.е. концентрации спор. Следовательно, уровни интенсивности ОКТ-сканирования пропорциональны плотности насыпи.Каждое поперечное сечение в плоскости анализируется как эллиптическая область, большая и малая оси которой получены из ковариационной матрицы. Линейное уменьшение осей по мере увеличения высоты соответствует конусообразной насыпи (см. рис. 7 ). Средняя интенсивность была получена для каждого эллиптического домена в поперечном сечении, а также радиальная плотность. На рисунке 6D показан пример распределения интенсивности для домена, а также среднее значение интенсивности для поперечного сечения.Графики радиальной плотности были получены для каждого плоскостного поперечного сечения путем усреднения значений интенсивности для всех пикселей в эллиптическом кольце ( рис. 6B и C ). Стандартное отклонение от среднего значения обеспечивает меру изменения плотности в конкретном кольце конкретного домена. Радиальную плотность для нескольких доменов из насыпи, показанную на рис. 5 , можно увидеть на рис. 6E . Области с пониженной плотностью могут отражать полости или более низкие концентрации спор, в то время как области с высокой плотностью указывают на близко расположенные скопления спор.Графики на рис. 6D показывают наибольшую плотность у основания насыпи и постоянную среднюю плотность вверх по насыпи до тех пор, пока она не начнет сужаться к вершине. Распределение значений интенсивности показано для нижних 12 слоев насыпи (т.е. поперечных сечений в плоскости). График на фигуре 6E показывает, что средняя радиальная плотность колеблется между значениями 120 и 140 для расстояний примерно до 15 пикселей () перед сужением. Графики радиальной плотности для отдельных поперечных сечений показывают вариации, которые существуют в пределах заданного эллиптического кольца (показаны в виде полос погрешностей), а также вариации интенсивности, движущиеся радиально наружу от центроида.Для поперечного сечения в плоскости и , мы наблюдали область повышенной интенсивности примерно 6 пикселей () на расстоянии 12 пикселей.

Рисунок 5. 3D-рендеринг плотности плодового тела.

Верхнее изображение представляет собой образец насыпи, иллюстрирующий 3D-рендеринг ОКТ-скана насыпи. Цветная полоса указывает значение интенсивности. Более высокие значения интенсивности соответствуют большему обратно рассеянному сигналу, что указывает на области с более высокой оптической плотностью. В нижнем ряду 3D-рендеринг изообъемов для разных значений интенсивности.Значение интенсивности для каждого изообъема отмечено на цветовой полосе. (Эффекты освещения и рендеринга приводят к тому, что цвет немного отличается от соответствующего цвета на цветовой шкале).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g005

Рисунок 6. Подробный анализ ОКТ-скана.

Панель левой колонки: 2D визуализированный поперечный разрез из последовательности срезов ОКТ. A) Сечение необработанных данных. B) Изображение в градациях серого, используемое для анализа изображения. Эллиптические области радиальной плотности накладываются на изображение.C) Увеличение области (B). D) Анализ показывает среднюю интенсивность (черная линия) и распределение интенсивности для поперечных дисков в зависимости от высоты от основания насыпи. Ось x — это высота каждого диска в холмике, где ноль — это основание. Данные взяты из насыпи, показанной на рис. 5 . Левый график — это ненормализованные данные, которые показывают, сколько пикселей имеют заданное значение интенсивности. Средний график показывает распределение внутри каждого диска, нормализованное по площади (общему количеству пикселей) каждого диска.На правом графике показаны результаты сглаживания распределения каждого диска. Черный прямоугольник на всех трех графиках соответствует распределению поперечного сечения диска на (A). E) Анализ, показывающий радиальную плотность для четырех эллиптических дисков на разных высотах внутри насыпи. Данные взяты из плодового тела, показанного на рис. 5 . Линия из поперечного сечения, показанного на (B).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g006

Рисунок 7.Изображения и характеристики формы трех курганов.

Верхний ряд изображений показывает 3D-рендеринг трех разных курганов. Для каждой насыпи в нижнем ряду рисунка показаны большая и малая полуоси поперечных сечений в зависимости от высоты от основания насыпи. Ориентация как функция высоты показана на том же графике. Графики осей в микронах, а ориентация в градусах.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g007

Помимо радиального распределения были выполнены измерения углового распределения интенсивности.Это было сделано путем разделения домена на секторы (т.е. секторы) и усреднения интенсивности в каждом секторе. Результаты для одного поперечного сечения показаны на рис. 8 . Зоны более низкой концентрации разбросаны по области и характеризуются пиками и впадинами на двумерных графиках распределения ( рисунок 8B ) и плавной волнистостью на полярном графике ( рисунок 8C ) распределения. Это измерение повторяется при моделировании и обеспечивает метрику для сравнения.

Рис. 8. Угловое распределение средних значений интенсивности для экспериментального сечения.

A) Изображение поперечного сечения. Белая линия показывает, где происходит снижение интенсивности около 90 градусов. B) Распределение интенсивности в виде 2D-графика. C) Распределение показано в виде полярного графика.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g008

Более поразительные особенности, обнаруженные при сканировании 3D OCT, — это большая взаимосвязанная структура пещер с насыпью. Ролик S1 в дополнительных материалах дает более полное представление о внутренней структуре. Сканирование показывает то, что кажется более плотным, чем окружающие регионы, что позволяет предположить, что большие области плотно упакованных скоплений спор разбросаны по всей насыпи (см. , рисунки 5 и 6A ). Области, окружающие эти скопления, содержат материал, оптически менее плотный, чем скопления спор. Это могут быть области полисахарида и внеклеточного материала или просто область, где концентрация спор снижена.

Биологическая гипотеза образования очагов спор в плодовом теле

Результаты экспериментов были использованы для рассмотрения более широкой картины формирования плодовых тел, которая представлена ​​здесь. В процессе плодового тела скопление постоянно движущихся клеток через несколько дней дает начало зрелому, наполненному спорами плодовому телу [22], [23] (см. рисунок 1 ). Поскольку в растущих клетках мало АТФ или другого запаса энергии, голодание высвобождает крошечное меньшинство — 1% или меньше палочковидных клеток — для каннибализма остальных 99% развивающихся клеток, чтобы собрать достаточно метаболической энергии для синтеза белка в процессе развития и для поддержание клеток в постоянном движении по мере их дальнейшего развития в направлении превращения в споры.Столкновения между движущимися клетками в конечном итоге повышают морфогенетический С-сигнал до порогового уровня, который способен инициировать дифференцировку палочковидных подвижных клеток в сферические споры [8], [24]. Однако, прежде чем они образуют споры, развивающиеся клетки объединяются, двигаясь вперед и назад в системе бегущих волн, окружающих край роя, процесс, который был запечатлен в замедленной съемке [25]. Подобно бегущим волнам, собранным для агрегации плодовых тел, очень похожие волны наблюдаются при M.xanthus питается и растет на клетках-жертвах E. coli [26], [27]. При развитии плодового тела подавляющее большинство клеток миксобактерий поедается своими немногими собратьями, которым суждено стать спорами. Хотя белок жертвы, нуклеиновая кислота и липиды расходуются на их калории, полисахариды неперевариваемы. Литические ферменты миксобактерий не включают полисахаридгидролазы, кроме лизоцима [28]. Полисахаридные фибриллы [29]–[31] выживают в волнах в виде обширной эластичной сети, которая окружает и связывает клетки, а также их непереваренные фрагменты клеточного дебриса.Обнаружено, что несколько выживших предспоровых клеток движутся по следам своей полисахаридной слизи, которая также не переваривается. Следы остаются нетронутыми и обеспечивают поверхность, благоприятную для скольжения [32].

Видно, что выжившие клетки, покидая бегущие волны, мигрируют к внешнему краю каждого гребня волны, где они становятся одним из мелких подвижных агрегатов [25]. Первоначально подвижные агрегаты расположены на расстоянии одной длины волны друг от друга, и, таким образом, волны являются первым шагом в агрегации плодовых тел.Затем пары соседних мелких агрегатов сливаются друг с другом, образуя более крупный сферический агрегат с той же плотностью клеток, но вдвое большего объема. Более крупные агрегаты неоднократно сливаются со своими соседями, пока все подвижные агрегаты не соберутся в один очень большой агрегат. Диаметр конечного агрегата, имеющего признаки перемещения клеток внутрь [25], постоянен от опыта к опыту и характерен для зрелых плодовых тел M. xanthus . (См., например, [33].) Таким образом, ожидается, что споры будут образовываться на слизистых дорожках, заполненных мусором, которые подвешены внутри сферического подвижного агрегата с помощью полисахаридных фибрилл. Ожидается, что каждый след слизи будет следовать усеченной дуге внутри подвижного агрегата, потому что каждая клетка меняет направление своего движения на противоположное через равные промежутки времени [19], [34].

На основании приведенного выше описания следов слизи в динамическом подвижном агрегате следует, что клетки будут сгруппированы и выровнены по множеству следов, ответвляющихся друг от друга.Поскольку отдельные клетки поедают друг друга во время движения, они также стремятся стать одним из выживших хищников, а не жертвой, которая умирает. У такой расы длинные цепочки палочковидных клеток, двигаясь по одному и тому же следу, разбивались бы на более короткие сегменты, состоящие из все меньшего и меньшего количества клеток, пока не останется только 1% — если взять некоторое определенное число, поскольку число зависит от остаточного питательного вещества — стартовых клеток. остаются на тропах и способны передавать C-сигнал. Когда две встречно мигрирующие ячейки на одном и том же следе сталкиваются встык, они обмениваются C-сигналом друг с другом.Передача С-сигнала непрерывно повышает уровень сигнала во внешней мембране каждой клетки за счет положительной обратной связи и системы Act [8]. В конце концов, положительная обратная связь повышает уровень С-сигнала в каждой клетке до порога, необходимого для дифференцировки палочковидной клетки в сферическую, неподвижную, спящую спору [8]. В зависимости от уникальной истории С-сигнализации каждой клетки отдельные клетки достигают порога в разные моменты времени. Тем не менее, чем ближе две ячейки находятся друг к другу на одном маршруте, тем более коррелированным будет их время достижения порога.Когда клетка-палочка становится спорой, она остается на своем слизистом следе, заполненном мусором, и каждый след образует некоторую дугу внутри насыпи заполнителя. Поскольку большинство клеток разрушено, будет много дуг следов, каждая из спор которых будет формироваться в одно и то же время, в то время как разные дуги будут спорулироваться в разное время. Наконец, следы слизи разрушаются вокруг собственного скопления спор. Когда это зарождающееся плодовое тело высыхает, полисахариды также теряют воду, и агрегат сжимается.Внутри плодового тела споры, вероятно, сгруппированы в пространстве на своем собственном дугообразном следе, который схлопывается в шар из спор и полисахаридов.

Результаты моделирования

Чтобы проверить гипотезу, описанную в предыдущем разделе, мы провели моделирование с использованием двух разработанных нами моделей.

Результаты одномерной модели пути.

Одним из преимуществ 1D-модели является возможность исследования большого пространства параметров благодаря низкой вычислительной нагрузке. Чтобы изучить влияние вероятности прохождения и скорости передачи сигнала, моделирование проводилось для диапазона вероятности прохождения от 0.от 05 до 1,0 и в диапазоне от 0 до 0,4. Диапазон вероятности прохождения был выбран для охвата диапазона от клеток, всегда пропускающих споры, до клеток, почти никогда не пропускающих споры. Этот диапазон изучает общее поведение параметра, даже несмотря на то, что биологически правдоподобное значение, вероятно, существует в подмножестве этого региона. Для включенный диапазон значений показал заметное изменение в поведении, в то время как моделирование с показало аналогичное поведение и было исключено из представленных данных. Для каждого набора параметров было проведено сто симуляций, и результаты приведены на рис. 9 .

Рисунок 9. Результаты моделирования для одномерных ячеек в модели пути.

A) На графике показан эффект снижения вероятности прохождения с 1,0 до 0,1 при рассмотрении доли пустых позиций на дорожке. Разные кривые соответствуют разным скоростям передачи С-сигнала между соседями. Результаты показаны для 20 различных значений вероятности прохождения и пяти различных скоростей передачи. Средние значения были взяты из 100 симуляций для каждого набора параметров. B) Распределение спор по круговой дорожке для трех результатов моделирования.Радиальное расстояние соответствует количеству спор, а угловое положение обозначает положение на круговой дорожке (внешний круг соответствует количеству спор, равному 10, а средний круг соответствует пяти спорам). Вероятность прохождения P варьируется для трех симуляций от 1,0 до 0,05. На рисунке показано, как кластеризация спор увеличивается по мере снижения вероятности прохождения.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g009

Следует отметить, что параметр вероятности прохождения в 1D модели представляет собой упрощение клеточно-спорового взаимодействия и не пытается определить природу клеточно-спорового взаимодействия.Импеданс споры по отношению к проходящей клетке может быть адгезионным, пространственным или комбинацией того и другого. Параметр определяет только то, какое сопротивление спора оказывает движущейся клетке. Однако в 2D-модели мы определяем взаимодействие клеток и спор как столкновения без адгезионного взаимодействия (см. раздел «Двухмерная стохастическая модель»).

Пример того, как споры распределяются по круговой дорожке в конце нескольких симуляций, приведен на рис. 9B . Гнезда спор, перемежающиеся пустотами (т.е. пустые позиции дорожки) можно увидеть по всей круговой дорожке. График на рисунке 9A представляет среднюю долю пустот (т. е. долю следа без каких-либо спор) как функцию вероятности прохождения. Разные кривые соответствуют разным уровням .

Для этого диапазона вероятностей прохождения и наблюдалось 50-процентное увеличение доли пустот. Когда вводится передача сигнала (), возникает интересное взаимодействие между сигнализацией и глушением.Из рисунка 9А мы видим, как доля пустот (т.е. кластеризация) зависит от вероятности прохождения. Эта зависимость меняется со скоростью передачи С-сигнала. При отсутствии обмена сигналами между клетками и только продукции базилика концентрация С-сигнала для клетки увеличивается линейно во времени. После включения обмена сигналами динамика концентрации С-сигнала становится нелинейным процессом, зависящим от концентрации С-сигнала для соседних клеток. Для кривой уменьшение доли пустот не является линейным эффектом, как видно из того, что скорость уменьшения велика при более низких вероятностях прохождения, но мала при высоких вероятностях прохождения.Наборы для моделирования с передачей C-сигнала демонстрируют линейную зависимость между паросодержанием и вероятностью прохождения (исключая значение, при котором падают все значения газосодержания). Особенно интересно то, что доля пустот на уровне изменяется от уменьшения при низких скоростях переноса до увеличения при высоких скоростях переноса. Это сложное поведение можно объяснить нелинейными эффектами модели C-сигнала. Такое поведение предполагает, что эта передача сигналов на основе контактов может фактически регулировать степень пространственной кластеризации в диапазоне значений вероятности прохождения.

У нас есть следующее объяснение тому факту, что высокие помехи (т. е. низкая вероятность прохождения) и более высокие скорости передачи сигнала приводят к меньшей кластеризации (т. е. к меньшей доле пустот). Увеличивая скорость передачи С-сигнала в модели, клетки быстрее достигают порога споруляции. Поскольку молекулы С-сигнала должны связываться с рецептором на другой клетке, увеличение скорости передачи С-сигнала аналогично связыванию между сигнальными молекулами С и рецепторами, происходящему легче.Чем быстрее клетки превращаются в споры, тем меньше вероятность того, что они переместятся в точку на дорожке, содержащую скопление спор. Напротив, меньшие скорости передачи позволяют клетке достичь кластера на дорожке, застрять и затем превратиться в спору. В диапазоне более высоких вероятностей прохождения (), где клетки не так легко забиваются, скорость передачи С-сигнала оказывает обратное влияние на долю пустот. Видно, что при отсутствии сильных помех сигнализация на основе контактов частично восстанавливает кластеризацию моделирования сильных помех.Из упрощенной одномерной модели треков мы можем видеть, как импеданс из-за столкновения клеток, а также передача сигналов клетками могут привести к модели кластеризации спор.

Интересно отметить, что глушение в отсутствие сигнализации (т.е. ) не приводит к существенной кластеризации до тех пор, пока вероятность прохождения не упадет ниже 50%. Это важно, потому что наблюдения из экспериментальных фильмов показывают, что клетки плавно разрешают лобовые столкновения, не останавливаясь. Кроме того, клетки могут проходить, протискиваясь между клетками, движущимися скоплением в противоположном направлении.Эти наблюдения предполагают, что должна быть большая вероятность прохождения клеток, перемещающихся внутри плодового тела, где влияние заклинивания ограничено.

Места скопления спор — это дискретные позиции на дорожке, где могут накапливаться кластеры из 5–10 клеток, как показано на рис. 9B . Поскольку эти участки в модели представляют собой набор точечных частиц, мы не можем напрямую сравнивать формы этих смоделированных кластеров с кластерами, видимыми в поперечных сечениях в плоскости из экспериментальных данных.Следовательно, 2D-модель может улучшить общие наблюдения, которые мы получаем из 1D-модели.

Результаты двухмерной стохастической модели.

В то время как некоторые общие наблюдения об уровне кластеризации можно сделать из одномерной модели следов, симуляции с использованием двухмерной стохастической модели дают представление о том, как скоординированное движение клеток и передача сигналов, зависящая от выравнивания, приводят к паттернам кластеров спор. Во время моделирования движение клеток внутри диска является вращательным из-за того, что клетки выравниваются со своими локальными соседями, а следы слизи создаются другими ячейками диска.На рис. 10A–C последовательность из моделирования демонстрирует вращательное движение клеток внутри диска и места образования спор внутри агрегата. Клетки, которые сталкиваются встык и выровнены, накапливают С-сигнал, пока не достигнут порога спорообразования. Клетки, движение которых внутри агрегата приводит к наиболее точному контакту с другими клетками, первыми становятся спорами. На рис. 10A показано, как первые несколько формирующихся спор располагаются внутри насыпи.Хотя некоторые споры изолированы, есть несколько областей, содержащих две и три споры в непосредственной близости. На рисунке 10B показано, как несколько новых кластеров из двух-трех спор появляются в течение 25 шагов моделирования предыдущего кадра. (Синие стрелки на рис. 10B обозначают несколько кластеров). Это демонстрирует, как контактно-зависимая передача сигналов клетками координирует процесс дифференцировки. На последнем изображении последовательности ( рисунок 10C ) видно, что споры формируются в виде скоплений спор по всей насыпи с несколькими случаями изолированных спор. На рисунке 10D показано положение спор в конце моделирования.

Рисунок 10. Результаты агентной модели.

A–C) Моментальные снимки симуляции с течением времени. Кадр (A) показывает начальное расположение первых нескольких спор в насыпи. Синие стрелки на (B) указывают на области, где группы из двух и трех спор формируются вместе. (C) Более поздняя стадия моделирования показывает распределение спор, заполняющих диск. D) Позиции спор в диске в конце моделирования.Радиус диска 50 микрон. E) Поле локальной плотности для результатов моделирования в (D). Круги показывают несколько значений радиуса для радиальной локальной плотности. F) Радиальное распределение локальной плотности для (E).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g010

Для сравнения с экспериментальными данными мы определили локальную плотность спор внутри диска из нашего моделирования. Квадратная область 400×400 пикселей, содержащая диск, была разделена на прямоугольную сетку 100×100.Количество спор, содержащихся в каждой точке сетки внутри диска, использовалось для определения поля концентрации. Локальное поле плотности было создано путем свертки поля концентрации с гауссовским фильтром. Используя фильтр Гаусса в каждой точке сетки поля концентрации, мы рассчитали средневзвешенную концентрацию спор для каждой точки сетки. Это усреднение аналогично измерениям, выполненным прибором ОКТ, из-за конечного диаметра сканирующего луча.

На рисунках 10D и E показано положение спор в конце моделирования и соответствующее поле локальной плотности.Взяв среднее общее значение всех точек сетки в поле локальной плотности на фиксированном радиусе, мы получили радиальное распределение, показанное на рисунке 10F . Три большие зоны с высокой плотностью скоплений отмечены стрелками на рис. 10E . Эти зоны с высокой плотностью окружают небольшие темные полосы, соответствующие низкой плотности спор. Сравнивая поле локальной плотности моделирования с поперечными сечениями в плоскости из экспериментальных данных, мы видим хорошее согласие между моделированием и экспериментами.В обоих случаях мы видим, что полости с низкой плотностью клеток формируются по всему холмику и окружают большие карманы с более высокой плотностью. Радиальное распределение показывает, что смоделированное двухмерное плодовое тело имеет радиальное распределение плотности, которое достигает максимума вблизи центра, но затем быстро падает до значения, которое соответствует краю диска. Выпуклость радиального распределения в микронах (см. стрелку на рис. 10F ) соответствует участку более высокой концентрации слева от центра диска, отмеченному вертикальной стрелкой.Мы видим, что толщина выступа составляет около 15 микрон, что согласуется с масштабом областей высокой плотности в экспериментальных данных.

Для сравнения с экспериментальным угловым распределением мы провели аналогичное измерение данных моделирования. Из карты концентрации угловое распределение спор получается путем суммирования количества спор в точках сетки, которые попадают в один и тот же трехградусный сектор диска (т. Е. Срез круга). Результаты этого измерения показаны на рис. 11 .Изображение на рисунке 11A представляет собой версию поля локальной плотности в оттенках серого ( рисунок 10E ), но повернутое на 90 градусов для облегчения сравнения с полярным графиком углового распределения на рисунке 11C . Угловое распределение показывает качественно такую ​​же волнистость, что и экспериментальные данные. Пунктирная линия на фигуре 11А выделяет области около 150 градусов на графиках распределения, которые показывают высокие уровни спор рядом с низким уровнем спор между 120 и 150 градусами.

Рисунок 11. Угловое распределение спор для имитации диска.

A) Карта локальной плотности для 2D моделирования. Пунктирная белая линия показывает место, где концентрация спор снижена рядом с очагом высокой концентрации около 150 градусов. Б) Концентрация спор в секторе диска в виде 2D-графика. C) Концентрация показана в виде полярного графика.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.g011

Обсуждение

Новый метод визуализации — инфракрасная оптическая когерентная томография — показал, что сотни тысяч спор в зрелом плодовом теле M.xanthus упакованы неравномерно, как предполагалось ранее. Скорее споры обнаруживаются сгруппированными в карманах с высокой плотностью, диаметром не более 25 мкм, которые отделены друг от друга доменами с пониженной концентрацией спор. Почему плодовые тела должны иметь многочисленные полости с относительно меньшим количеством спор? Детальный анализ того, как формируются плодовые тела, основанный на экспериментальном наблюдении плотных карманов, привел к биологической гипотезе о том, как движение, выравнивание и передача С-сигналов самодвижущихся палочковидных клеток могут координировать процесс дифференцировки (представленный выше в «Биологическом Гипотеза»).Ниже мы обсудим результаты компьютерного моделирования, предназначенного для проверки механизма образования плодового тела, предложенного в биологической гипотезе.

Во-первых, наша одномерная модель следов предоставила два возможных объяснения образования кавернозных структур плодовых тел. Одним из объяснений было то, что ранние места образования спор действуют как очаги для скоплений спор из-за заклинивания подвижных палочковидных клеток, которые продолжали двигаться по дорожке. Это объяснение предполагало, что высокие уровни кластеризации могут быть результатом того, что споры сильно подавляют подвижность клеток.Самый высокий уровень кластеризации наблюдался, когда клетки имели наименьшую вероятность прохождения и не имели передачи С-сигнала. Однако при моделировании с более высокой вероятностью прохождения (т. е. подвижные клетки не сильно ингибировались спорами) наблюдалось большее скопление, когда присутствовал обмен C-сигналами между локальными клетками, чем когда рассматривалось только заклинивание. Экспериментальные фильмы из нашего предыдущего исследования межклеточных столкновений [35] демонстрируют гибкость миксо-клеток, которая позволяет легко разрешать столкновения со спорами.Это указывает на то, что более высокая вероятность прохождения в одномерной модели более реалистична с биологической точки зрения. Механизм только с низкой вероятностью прохождения, когда споры сильно подавляют подвижность клеток, но клетки не подают сигналов, не подтверждается экспериментальными наблюдениями. Скорее, одномерная модель показывает, что C-сигнализация может повысить уровень кластеризации в симуляциях с более высокой вероятностью прохождения.

Моделирование 1D-модели первоначально подтвердило, что основанная на контакте С-сигнализация будет генерировать скопления спор, когда взаимодействие клеток и спор не характеризуется сильным пространственным заклиниванием.Эти результаты послужили мотивацией для сосредоточения внимания на движении и выравнивании клеток в более подробной модели. Таким образом, использовалась 2D-модель, которая могла учитывать биологические детали, такие как форма клеток, движение и зависящая от выравнивания передача С-сигналов. Моделирование 2D-модели показало, как узоры кластеров спор могут создаваться за счет движения клеток, выравнивания и передачи C-сигналов для координации дифференцировки. В моделировании споры начинают формироваться внутри диска в виде небольших скоплений (см. рис. 10B ).Инверсии клеток внутри диска заставляют их двигаться вперед и назад по определенным траекториям или дугам внутри плодового тела. Клетки, которые перемещаются по одним и тем же траекториям в сквозном выравнивании, накапливают С-сигнал с одинаковой скоростью. Это приводит к тому, что споры образуют скопления по всему насыпи. Моделирование, которое мы провели для проверки гипотетического механизма, привело к формированию картины, согласующейся с экспериментальными данными. (Сравните рисунок 10E с рисунок 6A ).

Подводя итог, мы сначала сформулировали гипотезу, основанную на экспериментальном наблюдении структуры спор в плодовых телах. Мы предположили, что карманы из плотных областей спор образуются, потому что движение клеток, выравнивание и передача сигналов приводят к координации дифференцировки клеток. Одномерное моделирование продемонстрировало, что клеточная передача сигналов способна регулировать уровень кластеризации внутри плодового тела. Моделирование 2D-модели определило, какие паттерны кластеризации спор возникнут в результате выровненного движения клеток по следам слизи и передачи С-сигналов при сквозном контакте.Кроме того, движение и взаимодействие клеток в 2D-модели включали столкновения клеток и клеток и спор, а также инверсии клеток, которые усиливали выравнивание внутри агрегата. Мы обнаружили, что скоординированное движение клеток — путем самодвижения, следования по слизистому следу, столкновений клеток и клеток и спор, а также инверсий клеток — может способствовать накоплению зависимого от контакта сигнала, который управляет дифференцировкой клеток в споры.

Интеграция новых экспериментальных наблюдений с компьютерным моделированием позволила по-новому взглянуть на механизмы, которые могли привести к образованию структуры с характером плотных споровых карманов, наблюдаемых во время формирования плодового тела.Это можно улучшить за счет использования более новых устройств ОКТ с лучшим разрешением и даже применить к другим биологическим системам клеточной агрегации, таким как наблюдаемая у диктиостелид, социальных амеб, которые, как известно, образуют многоклеточные агрегаты, наблюдаемые как слизняки в условиях голодания.

Понимание того, как клетки могут подвергаться дифференцировке в соответствии со специфическим пространственным паттерном, важно для биологии в целом. Известно, что химические сигналы и процессы реакции-диффузии могут приводить к координации формирования клеточного паттерна и дифференцировки.В процессе плодовых тел мы показали, как это формирование паттерна и дифференциация могут возникать в отсутствие диффузионного сигнала.

Дополнительная информация

Фильм S1.

Анимация 3D внутренней структуры. В анимации вращения изозначение постоянно увеличивается, чтобы выявить области с более высокой интенсивностью (плотностью). Более темные цвета соответствуют меньшей интенсивности, а более светлые цвета соответствуют более высокой интенсивности. Внутри плодового тела более интенсивные (более плотные области) образуют карманы или области, окруженные менее плотными областями.В анимации настойчиво визуализируется светло-серая прозрачная поверхность насыпи.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002850.s001

(AVI)

Благодарности

Благодарим доктора Феликса Фельдштейна за помощь в ОКТ.

Авторские взносы

Идея и дизайн экспериментов: CWH IA MA. Выполняли эксперименты: CWH И.А. Проанализированы данные: CWH HD ZX DK IA MA. Предоставленные реагенты/материалы/инструменты для анализа: CWH HD ZX DK IA MA.Написал статью: CWH HD ZX DK IA MA. Разработаны расчетные модели: CWH HD ZX DK IA MA Расчеты: CWH HD ZX Сравнение результатов моделирования с экспериментом: CWH HD ZX DK IA MA.

Каталожные номера

  1. 1. Кайзер Д. (2003)Связывание движения клеток с многоклеточным развитием у миксобактерий. Обзоры природы Микробиология 1: 4–54.
  2. 2. Согаард Андерсен Л., Овергаард М., Лобеданц С., Эллехауге Э., Йелсбак Л. и др. (2003)Сопряжение экспрессии генов и многоклеточного морфогенеза во время формирования плодового тела у Myxococcus xanthus.Молекулярная микробиология 48: 1–8.
  3. 3. Ю Р, Кайзер Д (2007)Скользящая подвижность и секреция поляризованной слизи. Молекулярная микробиология 63: 454–67.
  4. 4. Mauriello EMF, Mignot T, Yang Z, Zusman DR (2010) Новый взгляд на скользящую подвижность: как миксобактерии передвигаются без жгутиков? Обзоры микробиологии и молекулярной биологии: MMBR 74: 229–49.
  5. 5. Ким С.К., Кайзер Д. (1990) Выравнивание клеток, необходимое для дифференциации Myxococcus xanthus.Science (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк) 249: 926–8.
  6. 6. Sager B, Kaiser D (1994) Межклеточная C-сигнализация и бегущие волны Myxococcus. Гены и развитие 8: 2793–2804.
  7. 7. Kroos L, Hartzell P, Stephens K, Kaiser D (1988) Связь между движением клеток и экспрессией генов свидетельствует о том, что подвижность необходима для передачи сигналов между клетками во время развития плодового тела. Гены и развитие 2: 1677–1685.
  8. 8. Gronewold TM, Kaiser D (2001) Оперон акта контролирует уровень и время производства C-сигнала для развития Myxococcus xanthus.Молекулярная микробиология 40: 744–56.
  9. 9. Ликинг Э., Горски Л., Кайзер Д. (2000)Общий этап изменения формы клеток в плодовом теле и независимое от голодания спороношение Myxococcus xanthus. Журнал бактериологии 182: 3553–8.
  10. 10. Хуанг Д., Суонсон Э., Лин С., Шуман Дж., Стинсон В. и др. (1991) Оптическая когерентная томография. Наука 254: 1178–1181.
  11. 11. Фельдштейн Ф., Буш Дж., Геликонов Г., Геликонов В., Пиевский С. (2005) Экономичная, полностью оптоволоконная система на основе автокоррелятора с длиной волны 1300 нм, окт.В: Тучин В., Изатт Дж., Фуджимото Дж., Оптические методы области когерентности и оптическая когерентная томография в биомедицине IX. 22 января 2005 г. Сан-Хосе, Калифорния. Труды SPIE, 5690 349–355.
  12. 12. Соколов А., Гольдштейн Р., Фельдштейн Ф., Арансон И.С. (2009)Усиленное перемешивание и пространственная нестабильность в концентрированных бактериальных суспензиях. Phys Rev E 80: 031903.
  13. 13. Lux R, Li Y, Lu a, Shi W (2004) Подробный трехмерный анализ структурных особенностей плодовых тел Myxococcus xanthus с использованием конфокальной лазерной сканирующей микроскопии.Биопленки 1: 293–303.
  14. 14. Аль-Мехди А.Б., Патель М., Харун А., Рид Д., Олссон-Вильгельм Б. и др. (2006) Увеличение глубины клеточного изображения в интактном легком с использованием флуоресцентных зондов дальнего и ближнего инфракрасного диапазонов. Международный журнал биомедицинской визуализации 2006: 1–7.
  15. 15. Бурчард Р.П., Дворкин М. (1966)Световой лизис и каротиногенез у Myxococcus xanthus. Журнал бактериологии 91: 535–45.
  16. 16. Созинова О., Цзян Ю., Кайзер Д., Альбер М. (2005) Трехмерная модель агрегации миксобактерий посредством контактно-опосредованных взаимодействий.Proc Nat Acad Sci 102: 111308–11312.
  17. 17. Созинова О., Цзян И., Кайзер Д., Альбер М. (2006) Трехмерная модель образования плодовых тел миксобактерий. Proc Nat Acad Sci 103: 17255–9.
  18. 18. У И, Цзян И, Кайзер Д., Альбер М. (2007) Социальные взаимодействия при роении миксобактерий. Вычислительная биология PLoS 3: e253.
  19. 19. Wu Y, Kaiser aD, Jiang Y, Alber MS (2009) Периодическая смена направления позволяет Myxobacteria роиться. Proc Nat Acad Sci 106: 1222–127.
  20. 20. Кайзер Д., Уоррик Х. (2011) Рой Myxococcus xanthus стимулируется ростом и регулируется кардиостимулятором. Журнал бактериологии 193: 5898–904.
  21. 21. Харт С.Дж., Лески Т.А. (2006)Определение показателя преломления биологических частиц. Отчет-меморандум NRL/MR/6110–06-8967. Лаборатория военно-морских исследований.
  22. 22. Ценг Л., Сингер М. (2005) Репликация ДНК во время спорообразования в плодовых телах Myxococcus xanthus. Proc Nat Acad Sci 102: 14428–33.
  23. 23. Диодати М.Е., Гилл Р., Пламанн Л., Сингер М. (2008) Глава 3: События инициации и раннего развития. В: Whitworth DE, редактор. Миксобактерии: многоклеточность и дифференциация. Американское общество микробиологии.
  24. 24. Sø gaard Andersen L (2008) Глава 4: Контактно-зависимая передача сигналов у myxococcus xanthus: функция c-сигнала в морфогенезе плодового тела. В: Whitworth DE, редактор. Миксобактерии: многоклеточность и дифференциация. Американское общество микробиологии.
  25. 25. Кайзер Д., Уэлч Р. (2004) Динамика морфогенеза плодовых тел. Журнал бактериологии 186: 919–927.
  26. 26. Игошин О., Ной Дж., Остер Г. (2004) Волны развития у миксобактерий: характерный механизм формирования паттерна. Физический обзор E 70: 1–11.
  27. 27. Берлеман Дж. Э., Скотт Дж., Чамли Т., Кирби Дж. Р. (2008) Предатаксисное поведение Myxococcus xanthus. Proc Nat Acad Sci 105: 17127–32.
  28. 28. Варон М., Коэн С., Розенберг Э. (1984) Автоциды, продуцируемые Myxococcus xanthus.Журнал бактериологии 160: 1146–50.
  29. 29. Бехмландер Р.М., Дворкин М. (1991)Внеклеточные фибриллы и контактно-опосредованные клеточные взаимодействия у Myxococcus xanthus. Журнал бактериологии 173: 7810–20.
  30. 30. Бехмландер Р.М., Дворкин М. (1994)Биохимический и структурный анализ фибрилл внеклеточного матрикса Myxococcus xanthus. Журнал бактериологии 176: 6295–303.
  31. 31. Кернс Д.Б., Шимкетс Л.Дж. (2001)Хемотаксис липидов и передача сигнала у Myxococcus xanthus.Тенденции микробиологии 9: 126–9.
  32. 32. Kaiser D (2009) Имеются ли у миксобактерий как латеральные, так и полярные двигатели для A-подвижного скольжения? Журнал бактериологии 191: 5336–41.
  33. 33. Вос М., Велисер Г.Дж. (2006)Генетическая популяционная структура почвенной бактерии Myxococcus xanthus в сантиметровом масштабе. Прикладная и экологическая микробиология 72: 3615–25.
  34. 34. Кайзер Д., Робинсон М., Кроос Л. (2010)Миксобактерии, полярность и многоклеточный морфогенез.Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии 2: a000380.
  35. 35. Harvey CW, Morcos F, Sweet CR, Kaiser D, Chatterjee S, et al. (2011) Изучение упругих столкновений Myxococcus xanthus в роях. Физическая биология 8: 026016.

Характеристика фенотипа гладкомышечных клеток кавернозного тела у крыс с диабетом и эректильной дисфункцией

  • Ponholzer A, Temml C, Mock K, Marszalek M, Obermayr R, Madersbacher S . Распространенность и факторы риска эректильной дисфункции у 2869 мужчин с использованием утвержденного опросника. Евро Урол 2005; 47 : 80–86.

    Артикул Google ученый

  • Чо Н.Х., Ан К.В., Пак Д.Й., Ан Т.И., Ли Х.В., Парк Т.С. и др. . Распространенность эректильной дисфункции у корейских мужчин с сахарным диабетом 2 типа. Diabet Med 2006; 23 : 198–203.

    КАС Статья Google ученый

  • Малавидж Л.С., Леви Д.К.Эректильная дисфункция при сахарном диабете. J Sex Med 2009; 6 : 1232–1247.

    Артикул Google ученый

  • Капур Д., Кларк С., Ченнер К.С., Джонс Т.Х. Эректильная дисфункция связана с низким уровнем биоактивного тестостерона и висцеральным ожирением у мужчин с диабетом 2 типа. Международный J Андрол 2007; 30 : 500–507.

    КАС Статья Google ученый

  • Рот А., Калтер-Лейбовичи О., Кербис Ю., Тененбаум-Корен Э., Чен Дж., Соболь Т. и др. .Распространенность и факторы риска эректильной дисфункции у мужчин с диабетом, гипертонией или обоими заболеваниями: опрос среди 1412 израильских мужчин. Клин Кардиол 2003; 26 : 25–30.

    Артикул Google ученый

  • Burchardt T, Burchardt M, Karden J, Buttyan R, Shabsigh A, de la Taille A et al . Снижение плотности эндотелия и гладкой мускулатуры в кавернозных телах крыс с диабетом, вызванным стрептозотоцином. Дж Урол 2000; 164 : 1807–1811.

    КАС Статья Google ученый

  • Феррини М.Г., Кованец И., Санчес С., Умех С., Райфер Дж., Гонсалес-Кадавид Н.Ф. Фиброз и потеря гладких мышц в кавернозных телах предшествуют кавернозно-окклюзионной дисфункции (cvod), вызванной экспериментальным повреждением кавернозного нерва у крыс. J Sex Med 2009; 6 : 415–428.

    КАС Статья Google ученый

  • Оуэнс Г.К., Кумар М.С., Вамхофф Б.Р.Молекулярная регуляция дифференцировки гладкомышечных клеток сосудов в процессе развития и заболевания. Физиол Ред. 2004 г.; 84 : 767–801.

    КАС Статья Google ученый

  • Orr AW, Lee MY, Lemmon JA, Yurdagul Jr A, Gomez MF, Bortz PD и др. . Молекулярные механизмы специфичной для изотипа коллагена модуляции фенотипа гладкомышечных клеток. Артериосклеры Тромб Васк Биол 2009; 29 : 225–231.

    КАС Статья Google ученый

  • Руцидло Э.М., Мартин К.А., Пауэлл Р.Дж. Регуляция дифференцировки гладкомышечных клеток сосудов. J Vasc Surg 2007; 45 (Прил. А): A25–A32.

    Артикул Google ученый

  • Кованец И., Ноласко Г., Феррини М.Г., Тобли Дж.Е., Гейдархан С., Вернет Д. и др. . Раннее начало фиброза в артериальной среде на модели крыс с сахарным диабетом 2 типа с эректильной дисфункцией. БЖУ Междунар. 2009; 103 : 1396–1404.

    Артикул Google ученый

  • Вэй А.И., Ченг Ю., Ли Ю.Г. Модуляция фенотипа гладкой мускулатуры кавернозного тела белочной оболочки полового члена при сахарном диабете с эректильной дисфункцией: эксперимент на крысах. Чжунхуа И Сюэ За Чжи 2007; 87 : 3006–3011 (на китайском языке).

    КАС пабмед Google ученый

  • Ян Р., Ван Дж., Чен Й., Сунь З., Ван Р., Дай Й.Влияние кофеина на эректильную функцию за счет усиления кавернозного циклического гуанозинмонофосфата у крыс с диабетом. J Андрол 2008; 29 : 586–591.

    КАС Статья Google ученый

  • Чен Ю, Ли С. С., Яо Л. С., Ван Р., Дай Ю. Т. . Лечение валсартаном устраняет эректильную дисфункцию у крыс с диабетом. Int J Impot Res 2007; 19 : 366–370.

    КАС Статья Google ученый

  • Хитон Дж. П., Варрин С. Дж., Моралес А. .Характеристика биологического анализа эректильной функции на крысиной модели. Дж Урол 1991; 145 : 1099–1102.

    КАС Статья Google ученый

  • Пилац А., Шультайс Д., Габуев А.И., Шлоте Н., Мертшинг Х., Йонас У. и др. . Выделение первичных культур эндотелиальных и стромальных клеток кавернозного тела полового члена для фундаментальных исследований и тканевой инженерии. Евро Урол 2005; 47 : 710–719.

    Артикул Google ученый

  • Kropp BP, Zhang Y, Tomasek JJ, Cowan R, Furness III PD, Vaughan MB и др. . Характеристика культивируемых гладкомышечных клеток мочевого пузыря: оценка сократительной способности in vitro . Дж Урол 1999; 162 : 1779–1784.

    КАС Статья Google ученый

  • Ренсен С.С., Довенданс П.А., ван Эйс Г.Дж.Регуляция и характеристика фенотипического разнообразия гладкомышечных клеток сосудов. Neth Heart J 2007; 15 : 100–108.

    КАС Статья Google ученый

  • Cheng Y, Liu X, Yang J, Lin Y, Xu DZ, Lu Q и др. . МикроРНК-145, новый фенотипический маркер и модулятор гладкомышечных клеток, контролирует образование неоинтимальных поражений сосудов. Circ Res 2009; 105 : 158–166.

    КАС Статья Google ученый

  • Невиль П., Гейноз А., Бензонана Г., Редард М., Габбиани Ф., Ропраз П. и др. . Клеточный ретинол-связывающий белок-1 экспрессируется различными субпопуляциями гладкомышечных клеток артерий крыс in vitro и in vivo . Am J Pathol 1997; 150 : 509–521.

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Бимиш Дж.А., Фу А.И., Чой А.Дж., Хак Н.А., Коттке-Марчант К., Марчант Р.Е.Влияние rgd-содержащих гидрогелей на повторную экспрессию фенотипа сократительных гладкомышечных клеток сосудов. Биоматериалы 2009; 30 : 4127–4135.

    КАС Статья Google ученый

  • Hungerford JE, Owens GK, Argraves WS, Little CD . Развитие стенки аортального сосуда по маркерам гладкой мускулатуры сосудов и внеклеточного матрикса. Dev Biol 1996; 178 : 375–392.

    КАС Статья Google ученый

  • Миано Дж.М., Чержеши П., Лигон К.Л., Периасами М., Олсон Э.Н. Тяжелая цепь миозина гладкой мускулатуры исключительно маркирует линию гладкой мускулатуры во время эмбриогенеза мыши. Circ Res 1994; 75 : 803–812.

    КАС Статья Google ученый

  • Чжан С., Каника Н.Д., Мелман А., Дисанто М.Э. Экспрессия миозина гладкой мускулатуры, изоформный состав и функциональная активность в кавернозном теле крыс, измененные стрептозотоцин-индуцированным диабетом 1 типа. Am J Physiol Endocrinol Metab 2012; 302 : E32–E42.

    КАС Статья Google ученый

  • Saleem MA, Zavadil J, Bailly M, McGee K, Witherden IR, Pavenstadt H и др. . Молекулярный и функциональный фенотип гломерулярных подоцитов выявляет ключевые черты сократительных гладкомышечных клеток. Am J Physiol Renal Physiol 2008; 295 : F959–F970.

    КАС Статья Google ученый

  • Парех А., Лонг Р.А., Янноне Э.К., Канцлер М.Б., Сакс М.С.Оценка влияния трансформирующего фактора роста-бета1 на фенотип гладкомышечных клеток мочевого пузыря. I. Модуляция сократительной способности in vitro . Ж Урол 2009; 182 : 1210–1215.

    КАС Статья Google ученый

  • Хао Х., Габбиани Г., Бошатон-Пиаллат М.Л. Неоднородность гладкомышечных клеток артерий: значение для развития атеросклероза и рестеноза. Артериосклеры Тромб Васк Биол 2003; 23 : 1510–1520.

    КАС Статья Google ученый

  • Long X, Bell RD, Gerthoffer WT, Zlokovic BV, Miano JM . Миокардина достаточно для гладкомышечного сократительного фенотипа. Артериосклеры Тромб Васк Биол 2008; 28 : 1505–1510.

    КАС Статья Google ученый

  • Кавернозная мальформация головного мозга

    Церебральная кавернозная мальформация (CCM) представляет собой скопление мелких кровеносных сосудов (капилляров) в центральной нервной системе (ЦНС), которые увеличены и имеют неправильную структуру.При СКК стенки капилляров тоньше, чем в норме, менее эластичны и склонны к протеканию. Кавернозные мальформации могут возникать в любом месте тела, но обычно вызывают симптомы только тогда, когда они обнаруживаются в головном и спинном мозге. Некоторые люди с CCM — по оценкам экспертов, 25 процентов — никогда не будут испытывать никаких связанных со здоровьем проблем. У других будут серьезные симптомы, такие как судороги (чаще всего), головные боли, паралич, нарушения слуха или зрения и кровоизлияние в мозг (кровоизлияние в мозг).Различают семейные (наследственные) и спорадические (возникающие без ясной причины) случаи СКК. Исследователи обнаружили три разных гена, связанных с CCM. В настоящее время проводятся исследования, чтобы понять взаимосвязь между мутациями каждого из этих генов и соответствующими симптомами.

    Лечение

    Судороги обычно лечат противоэпилептическими препаратами. Если судороги не реагируют на медикаментозное лечение или в головном мозгу наблюдаются повторяющиеся кровоизлияния, иногда необходимо хирургическое удаление поражений с использованием микрохирургических методов.

    Прогноз

    Некоторые люди с CCM никогда не узнают, что у них есть расстройство, потому что у них никогда не будет симптомов. Прогноз для CCM варьируется для каждого человека, поскольку расположение и количество поражений определяют тяжесть заболевания. CCM может быть фатальным, если он вызывает серьезные кровоизлияния в мозг.

    Исследования

    Национальный институт неврологических расстройств и инсульта (NINDS) и другие институты Национальных институтов здравоохранения проводят исследования, связанные с CCM, в своих клиниках и лабораториях и поддерживают дополнительные исследования посредством предоставления грантов крупным медицинским учреждениям по всей стране.Большая часть этих исследований сосредоточена на поиске лучших способов предотвращения, лечения и, в конечном счете, излечения CCM.

    Вид исследовать на эту тему. Вид исследования ведутся об этом состоянии. Вид публикации NINDS на эту тему.

    Организации

    Национальная организация по редким заболеваниям (NORD)
    Федерация добровольных медицинских организаций, призванных помогать людям с редкими «сиротскими» заболеваниями и помогать организациям, которые их обслуживают. Стремление к выявлению, лечению и излечению редких заболеваний с помощью программ обучения, защиты интересов, исследований и обслуживания.

    55 Kenosia Avenue
    Danbury, CT 06810
    [email protected]
    http://www.rarediseases.org
    Тел.: Danbury
    Факс: 203-798-2291

    Angioma Alliance
    Некоммерческая благотворительная организация, созданная людьми, страдающими кавернозными ангиомами. Обеспечивает образование и поддержку и продвигает исследования.

    520 Вт.21st Street
    Suite G2-411
    Norfolk, VA 23517-1950
    [email protected]
    http://www.angiomaalliance.org
    Тел.: Norfolk

    Nevus Outreach, Inc
    Nevus Outreach занимается: повышением осведомленности и оказанием поддержки людям, страдающим врожденными пигментными невусами, и поиском лечения.

    600 SE Delaware Ave
    Suite 200
    Bartlesville, OK 74
    [email protected]
    http://www.nevus.org
    Тел.: Bartlesville
    Факс: 281-417-4020

    Контент предоставлен

    NINDS Disorders — это индекс неврологических состояний, предоставленный Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта. Этот ценный инструмент предлагает подробные описания, факты о лечении и прогнозе, а также контактную информацию организации пациентов для более чем 500 выявленных неврологических расстройств.

    Неврологические расстройства и инсульт »

    Кавернозные мальформации (кавернома) — AANS/CNS Цереброваскулярный отдел

    Что такое кавернозные мальформации?

    Кавернозная мальформация представляет собой аномальное скопление мелких кровеносных сосудов, напоминающее ягоду малины или соты. У человека может быть одна или несколько кавернозных мальформаций в головном мозге. Кавернозные мальформации встречаются у 0,5–1% населения и чаще всего появляются у лиц латиноамериканского происхождения.Некоторые кавернозные мальформации передаются по наследству, но большинство из них являются спорадическими (не передаются по наследству).

    Симптомы

    Многие люди с кавернозной мальформацией вообще не испытывают никаких симптомов и диагностируются случайно. Другие обращаются за медицинской помощью при появлении симптомов. Кавернозные мальформации могут вызывать два основных типа симптомов:

    Конфискация

    Как и в случае с АВМ, кавернозные мальформации могут вызывать судороги, но не обязательно такие, при которых тело быстро и неконтролируемо трясется.Некоторые приступы легкие, длятся от нескольких секунд до нескольких минут и не причиняют долговременного вреда.

    Кровоизлияние в мозг

    Кавернозные мальформации могут разрываться и вызывать кровоизлияние в мозг, также называемое кровотечением или геморрагическим инсультом. Симптомы, указывающие на кровоизлияние в мозг, включают внезапное появление сильной головной боли, тошноты, рвоты, слабости или онемения одной стороны тела, трудности с речью или пониманием речи, потерю зрения, двоение в глазах и трудности с равновесием.Если вы испытываете какие-либо из этих симптомов, немедленно обратитесь за медицинской помощью. Кровоизлияние в мозг из-за кавернозной мальформации является серьезной формой инсульта, но обычно не приводит к летальному исходу. Многие пациенты полностью выздоравливают после кровоизлияния из кавернозной мальформации.

    Лечение кавернозных мальформаций

    Решения о лечении будут приниматься между пациентом и группой врачей в каждом конкретном случае и будут зависеть от локализации кавернозной мальформации, тяжести и характера симптомов, возраста пациента и состояния здоровья, а также риска участвует в лечении.Варианты лечения кавернозных мальформаций следующие:

    Наблюдение

    Часто является подходящим выбором для бессимптомных пациентов, наблюдение также может быть целесообразным для определенных пациентов с симптоматическими кавернозными мальформациями, которые являются пожилыми, имеют множественные медицинские проблемы или имеют сложную или труднодоступную кавернозную мальформацию, когда лечение требует высокой риск.

    Хирургия

    Выполняемая в стационаре кавернозная мальформация удаляется из головного мозга открытым хирургическим путем.В случае успеха он обеспечивает немедленную защиту от кровоизлияния в мозг, а также может снизить или устранить риск судорог. Хирургия является хорошим вариантом для многих пациентов с кавернозными мальформациями; однако у некоторых есть сложная или труднодоступная кавернозная мальформация, которая ограничивает этот вариант лечения.

    Гамма-нож® Радиохирургия

    Во время этой менее инвазивной однодневной амбулаторной процедуры многочисленные лучи излучения точно фокусируются на кавернозной мальформации.Это может снизить риск кровоизлияния в мозг с течением времени.

    Консервативное лечение проникающих ранений, связанных с… : Journal of Neuro-Ophthalmology

    Недавно был опубликован интересный случай травматической колотой раны челюсти рыбы-иглы, которая проникла в медиальную орбиту и вошла в кавернозный синус ( 1 ). Больному удалили инородное тело и назначили системные антибиотики. Никакого дальнейшего лечения или лекарств не было предоставлено, и пациент оправился от травмы.

    Мы представляем аналогичный случай проникающего повреждения кавернозного синуса, который полностью разрешился при консервативном лечении. 74-летний мужчина получил травму после того, как лонгхорн ударил его прямо в левое веко рогом, расположенным параллельно плоскости глаза. При осмотре левого глаза выявлен полный птоз, умеренный периорбитальный экхимоз и отек, тотальная офтальмоплегия. Разрыв верхнего века носа на 1 см с выпадением жировой клетчатки. Острота зрения, внутриглазное давление, зрачковые реакции и осмотр глазного дна были нормальными, без признаков повреждения глазного яблока.При осмотре раны века инородного тела не обнаружено. Рану промывали раствором бацитрацина и зашивали рваную рану. Больной госпитализирован под круглосуточное наблюдение с внутривенным введением антибиотиков. Стероиды не назначались, и через 4 месяца у пациента наступило полное выздоровление.

    Хотя в настоящее время не существует стандартных руководств по лечению этого редкого типа травм ( 2 ), стероиды широко используются благодаря их противовоспалительному действию ( 3 ).Хирургическое вмешательство рассматривается, когда симптомы и признаки не поддаются лечению стероидами или при наличии очевидной гематомы, инородного тела или костной компрессии. Консервативное лечение применяется в случаях травмы, приводящей к полному или частичному излечению ( 4 ). Наш пациент и пациент, о котором сообщили Kum et al. ( 1 ), поддерживают у отдельных пациентов практику наблюдения только для лечения синдрома кавернозного синуса, избегая потенциальных рисков, связанных с использованием стероидов и хирургическим вмешательством.

    ССЫЛКИ

    1. Кум С., Чанг Дж. Р., Грюнер А. М., Маккалли Т. Дж. Нехирургическое лечение оставшейся челюсти иглы. J Нейроофтальмол. 2018;38:190–191. 2. Chen C, Wang T, Tsay P, Huang F, Lai J, Chen Y. Травматический синдром верхней глазничной щели: оценка восстановления черепных нервов в 33 случаях. Plast Reconstr Surg. 2010;126:205–212. 3. Рай С., Раттан В. Травматический синдром верхней глазничной щели: обзор литературы и отчет о трех случаях.Natl J Maxillofac Surg. 2012;3:222–225. 4. Фудживара Т., Мацуда К., Кубо Т., Томита К., Яно К., Хосокава К. Синдром верхней глазничной щели после восстановления переломов верхней челюсти и носо-орбито-решетчатой ​​кости: тематическое исследование. J Plat Reconstr Aestet Surg. 2008; 62: e565–e569.

    Уменьшение пещеристых тел у четырех пациентов с эректильной дисфункцией из-за недостаточной венозной окклюзии и дефицита эластических волокон в белочной оболочке

    793

    Уменьшение пещеристых тел при эректильной дисфункции

    cavernosum не может (к сожалению) улучшить эректильную функцию в любом случае.

    В норме артериальный кровоток, достигающий

    двух кавернозных тел через правую и левую

    кавернозные артерии, соответствует количеству венозной

    оттекающей обратно из кавернозного круга

    полового члена через тройную венозная система.

    Одним из основных сосудистых механизмов, который

    может обусловливать повышение давления внутри полового члена

    и, наконец, эрекцию, является компрессия трансальбугинальных вен

    .Эти вены сдавливаются ТА

    , в то время как кавернозные тела заполняются, что приводит к сильному уменьшению оттока крови из кавернозных

    тел. Половой член наполняется вследствие увеличения скорости потока

    , поскольку фаза возбуждения приводит

    к увеличению как диаметра сосудов, так и

    систолической скорости.

    Расход выражается следующей формулой

    Q = A*v [1], где «A» — поперечное сечение сосуда, а «v» — средний расход.Поскольку v = DP*r2/8nl

    [2], где n — вязкость крови, замена

    из [1] на [2] дает Q = DP 3,14 r4/8nl (2a), что, очевидно,

    помогает понять, что даже незначительное увеличение луча сосуда

    может резко увеличить скорость потока.

    Прогрессирующее повышение давления внутри

    кавернозных тел сдавливает транс-ТА венулы,

    уменьшая скорость потока и создавая дисбаланс

    между Qi (скоростью притока) и Qu (скоростью оттока

    ).Поэтому Ци >> Цюй.

    При нормальных условиях закон Лапласа объясняет напряжение, создаваемое структурой стенки

    кавернозных тел, т. = ∞, из чего также следует, что p = t / r1 или

    , а также что t = p * r1.

    Из этого закона следует важное следствие:

    для достижения установленного давления внутри контейнера

    требуется большее натяжение, если луч кривизны

    больше.

    Тогда достаточно ясно, насколько фундаментальна

    роль ТА в феномене эрекции.

    Базовая структура ТА состоит из волнистых петель-

    коллагеновых тяжей и эластичных волокон, соединяющих петли

    и обеспечивающих эластичность коллагеновой структуры

    . Во время эректильного акта петли будут лишь незначительно изменяться в своей фундаментальной структуре.

    Тем не менее, увеличение диаметра кавернозного тела

    все еще имеет место, что регулируется модулем Юнга

    , где мы замечаем: DR = P*r2 / 2 E*s * (2-v)

    [3 ] где «E» — коэффициент эластичности, а «v» —

    коэффициент Пуассона.

    Благодаря этому закону ясно, что если давление

    остается стабильным, то уменьшению упругости стенки цилиндра

    соответствует увеличение луча кривизны цилиндра. По этой формуле

    можно получить P, P = 2 E*s*Dr/r2*(2-

    v) [4]. Примечательно, что минимальное увеличение луча

    цилиндра приводит к существенному уменьшению внутреннего

    давления в цилиндре. Очевидно, что чем выше эластичность материала исследования

    , тем выше внутреннее давление конструкции.Сокращение эластических волокон внутри ТА

    вызвало бы изменение структуры нормальных колла- падение давления при стабильном потоке (разрушение

    плитки).

    Авторы не считают, что уменьшение

    кавернозного тела может поставить под угрозу будущий имплантат протеза полового члена

    .

    ССЫЛКИ

    1.Iacono F, Barra S, Giannella R, Manno G, Di Lauro G:

    Riduzione volumetrica chirurgica dei corpi cavernosi

    nell’insufficienza veno-occlusiva e дефицит волокна

    эластика белочной оболочки. Atti 77° Congresso

    Nazionale della Società Italiana di Urologia. Абст. P27,

    pp. 92, 2004.

    2. Iacono F, Barra S, De Rosa G, Boscaino A, Lotti T: Mi-

    кроструктурные нарушения белочной оболочки у пациентов

    с болезнью Пейрони с или без

    дисфункция эрекции.Дж Урол. 1993 год; 150: 1806-9.

    3. Iacono F, Barra S, De Rosa G, Boscaino A, Lotti T: Mi-

    кроструктурные нарушения белочной оболочки у пациентов

    , страдающих импотенцией». Евр Урол. 1994 год; 26: 233-9.

    4. Iacono F, Barra S, Lotti T: Концентрация эластических волокон в

    белочной оболочке кавернозных тел и ночной

    мониторинг припухлости. Int J Imp Res. 1995 год; 7: 63-70.

    5. Iacono F, Barra S, Cafiero G, Lotti T: Сканирующее электронное исследование

    микроскопии белочной оболочки кавернозных тел

    у здоровых и импотентных субъектов.Урол Рез.

    1995; 23: 221-6.

    6. Sattar AA, Wespes E, Schulman CC: Компьютеризированное

    измерение эластических волокон полового члена у половых

    потенциальных мужчин. Евр Урол. 1994 год; 25: 142-4.

    Кавернозные мальформации | Кедры-Синай

    Обзор

    Кавернозные мальформации головного и спинного мозга представляют собой аномальное сплетение венозных структур. В отличие от артериовенозных мальформаций, через них не проходит сильный кровоток.(Они также известны как кавернозные ангиомы, каверномы или кавернозные гемангиомы.)

    Симптомы

    Если порок развития не вызывает симптомов и не кажется быстрым ростом, может потребоваться регулярный мониторинг. Это делается с помощью МРТ или компьютерной томографии каждые пару лет. Более частое сканирование может быть рекомендовано, если кавернозная мальформация кровоточит или растет. Противосудорожные препараты могут быть необходимы пациентам с судорожными припадками.

    Диагностика

    Кавернозная мальформация обычно обнаруживается, потому что:

    • Пошла кровь. Кровотечение может вызвать симптомы, похожие на инсульт. Кровотечение также имеет тенденцию образовывать оболочку из продуктов крови вокруг кавернозной мальформации. Это раздражает ткани головного мозга и может вызвать судороги.
    • Оболочка продуктов крови, образовавшаяся вокруг порока развития, образовала опухолевидную массу. Масса давит на участки мозга, отвечающие за движение, зрение, речь или ощущения.В результате у человека могут появиться слабость, онемение, проблемы со зрением, проблемы с речью, трудности с движением глаз, трудности с глотанием, проблемы с координацией и равновесием.
    • Для исследования неврологических симптомов или другого состояния была проведена компьютерная томография (КТ) или магнитно-резонансная томография, и порок развития был виден.

    Лечение

    Воздействие, которое кавернозная мальформация оказывает на человека, сильно различается.

    Нейрохирург примет во внимание множество факторов, прежде чем принять решение о подходе к лечению, в том числе:

    • Возраст пациента
    • Расположение порока развития.Некоторые пороки развития легче удалить хирургическим путем. Их удаление сопряжено с меньшим риском и меньшим количеством осложнений, чем порок развития, который находится глубоко в мозгу.
    • Размер порока развития. Кавернозные мальформации могут иметь размер от менее четверти дюйма до размера мандарина. Чем больше порок развития, тем больше вероятность того, что он вызовет проблемы у пациента.
    • Наличие у порока признаков кровотечения. Кровотечение может вызывать симптомы, сходные с симптомами инсульта.Это также приводит к увеличению кавернозной мальформации. Сама кровь может раздражать ткани головного мозга и вызывать судороги.
    • Симптомы, которые он вызывает. Стабильная и не кровоточащая кавернозная мальформация может не вызывать симптомов. Все, что может понадобиться, это регулярное наблюдение.
    • Как быстро растет кавернозная мальформация. Порок развития, у которого было кровотечение, с большей вероятностью будет кровоточить снова. Если порок развития растет довольно быстро, может потребоваться его удаление.

    Хирургическое удаление кавернозных мальформаций

    Если кавернозная мальформация вызывает симптомы или растет, может быть рекомендована операция по удалению мальформации.

    Хирургическое вмешательство может быть очень эффективным, если порок развития находится в доступной части головного мозга. Вся кавернозная мальформация должна быть удалена. Если какая-то часть осталась позади, она может снова начать расти.

    Более новым подходом к лечению кавернозных мальформаций является стереотаксическая радиохирургия.Этот подход полезен, когда кавернозные мальформации постоянно кровоточат и расположены в тех частях мозга, которые иначе недоступны хирургическому вмешательству, поскольку они находятся глубоко в мозге.

    Стереотаксическая радиохирургия использует точно сфокусированное излучение для лечения кавернозных мальформаций. Трехмерные компьютерные изображения помогают онкологам и хирургам направлять излучение из нескольких источников на порок развития.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.