«Цветные клубочки для бабушки» | План-конспект занятия по рисованию (младшая группа):
МДОУ «Детский сад №88»
Конспект НОД
по художественно-эстетическому развитию
детей второй младшей группы №9
на тему: «Цветные клубочки для бабушки»
Подготовила:
Федотова Е.Д.
воспитатель первой
квалификационной категории
Саранск, 2019
Программное содержание:
Задачи:
Образовательные:
1. Продолжать формировать умение сравнивать предметы по цвету.
2. Побуждать детей рисовать слитные линии круговыми движениями, не отрывая карандаша от бумаги; правильно держать карандаш.
3. Закреплять название цветов: красный, зеленый, желтый, синий.
Развивающие:
Развивать умение рисовать клубок круговыми движениями от центра.
Развивать интерес к самостоятельному обследованию предметов.
Поддерживать речевую активность, стремление вступать в речевое взаимодействие, развивать умение произносить звукоподражания громко и тихо.
Воспитательные:
Вызывать у детей эмоциональный отклик, желание помочь.
2. Воспитывать интерес к изобразительной деятельности
Методические приёмы: словесный, наглядный, демонстрационный.
Предварительная работа: рассматривание картины «Кошка с котятами», чтение художественной литературы, беседы с детьми.
Материалы к занятию: игрушка – котёнок, телефон, цветные ведерки, корзинка, клубки ниток, цветные карандаши, альбомные листы. Ход занятия
1.Организационный момент. Дети стоят в раздевальной комнате.
2.Игровая мотивация:
За дверью раздаётся мяуканье.
Воспитатель:
— Ребята, послушайте, что это за звуки? (ответы детей)
— Кто так мяукает? (Кошка).
Воспитатель выглядывает за дверь и вносит котенка-игрушку.
Воспитатель: Ребята, посмотрите, кто к нам в гости пришел? (котенок).
— Посмотрите, какой котенок? (ответы детей)
— Давайте погладим его (дети гладят котенка).
-Посмотрите, какой он красивый:
Как у нашего кота
Шубка очень хороша.
Острые ушки,
На лапках подушки.
Как у котика усы
Удивительной красы,
Глазки – смелые
Зубки белые.
— А как котята мяукают — громко или тихо? (ответы детей).
-Давайте помяукаем как котята, тихонечко-тихонечко (дети мяукают).
-А теперь как большая кошка – громко (мяукают). Молодцы.
Воспитатель: Я знаю этого котенка, он живет в соседнем доме у бабушки Маши.
— Мне показалось, что котенок очень грустный. Может быть, у него что-то случилось? Как вы думаете, что могло случиться? (ответы детей) Давайте пожалеем его. Какие вы добрые ребята, молодцы.
Раздается телефонный звонок, воспитатель «отвечает».
— Звонила бабушка Маша. Она рассказала, что ее котенок очень любит играть с клубочками.
Сегодня он играл с клубочками, все нитки размотались и перепутались, теперь бабушка не может связать носочки своим любимым внучатам. А котенок грустный оттого, что обидел бабушку. Клубочки он размотал, а смотать не может. Хотите ли вы помочь бабушке Маше и котенку?
Дети с воспитателем проходят в групповую комнату, где на ковре лежат размотанные клубки.
— Ребята, выберите себе один клубочек, какой вам нравится. А теперь давайте будем сматывать ниточки в клубок. Получилось? Потрогайте, какой он мягкий, приятный. Давайте покатаем его ладошкой. Здорово получается… А теперь другой ладошкой покатаем. Хорошо получается. А почему клубочек так хорошо катается? (ответы детей) – Да, потому что он круглый. На что похож клубочек? (ответы детей). Да, на мячик. А теперь давайте поможем котенку собрать все клубочки. Вот тут есть четыре ведерка: красное, желтое, синее и зеленое. Положите свои клубочки в ведерко такого же цвета. …. У тебя какой клубочек …(ответ), положим его в …. ведерко.
3.
Постановка игровой и учебной задачи.
-Ребята, у бабушки Маши все клубочки хранятся в корзинке. Давайте нарисуем клубочки, сложим рисунки в корзинку и отправим бабушке, чтобы она знала, что все клубочки мы уже смотали.
4. Показ и объяснение.
— Давайте вспомним, как мы сматывали клубочек и попробуем это сделать карандашом в воздухе.
— Нужно поставить карандашик в одну точку. Это начало ниточки. Начнём рисовать от центра. Круговыми движениями рисуем по кругу клубочек. Ниточку наматываем не торопясь, аккуратно. Ниточка наматывается, наматывается и получается клубочек.
Воспитатель:
-Рисовать будем цветными карандашами. Клубочки могут быть разного цвета.
Откроем коробочки, проверим все ли карандаши на месте. Красный есть? Синий есть? Зеленый есть? Желтый есть?
5. Самостоятельная работа.
Воспитатель:
— Выберите карандаш, которым вы будете рисовать клубочек, возьмите его правильно, тремя пальчиками и попробуйте нарисовать клубочки сами.
Во время рисования воспитатель подходит к испытывающим затруднения детям, помогая выполнить круговые движения.
6. Итог занятия.
Воспитатель: — Посмотрите, ребята, как обрадовался котенок. Какие красивые клубочки вы нарисовали! Какие клубочки получились круглые!
— Какого цвета нарисовала клубочек Настя? Дима? Матвей?
— Как вы думаете, бабушке Маше понравятся наши клубочки? Теперь бабушка сможет связать носочки своим любимым внучатам.
Молодцы, ребята! Я очень рада, что мы сумели помочь. А вы рады?
Оригинальный рецепт котлеты «Бабушкины клубочки»
Здравствуйте, читатели моего блога recept-menu.ru
Не знаю как вы, но я люблю экспериментировать и готовить что-то новое, необычное. Вот и в этот раз приготовила оригинальные котлетки «Бабушкины клубочки», или «Моточки». По виду очень похожи на мотки пряжи, а на вкус… сами попробуйте.
Для котлет понадобится:- Мясной фарш ( я брала ассорти )– 400г
- Лук репчатый – 3шт.
- Соль, перец молотый
- Тесто слоеное – 250г
- Грибы- 300г
- Яйца – 2шт.
- 1ст.л. молока
- Растительное масло – примерно 50г
Подготовим сперва фарш. Лук 2шт. мелко измельчить удобным вам способом, я обычно пользуюсь блендером. Измельченный лук смешать с фаршем, посолить по вкусу, поперчить и тщательно перемешать.
Начинка должна быть уже из готовых продуктов, потому что мясо готовится дольше, чем слоеное тесто, которым мы будем обматывать котлетки. Можно конечно схалтурить и взять как начинку целое вареное перепелиное яйцо, но с грибами будет сочнее. Поэтому смешаем жареные грибы с омлетом для сочности. Грибы нужно мелко нарезать и обжарить с одной луковицей на растительном масле. А из одного яйца и 1ст. ложки молока сделать омлет. Смешать жареные грибы и готовый остывший омлет нарезанный кубиками.
Начинка готова!
Теперь подготовим «нитки». Слоеное тесто слегка разморозить и раскатать, нарезать на тонкие полосочки шириной примерно 5мм, это и будет пряжа.
Формировать котлетки легче мокрыми руками. На ладошку положить примерно столовую ложку фарша, сделать лепешку, на серединку положить примерно 1ч.л. готовой начинки из грибов и омлета, затем слепить котлетку, покрыв всю начинку фаршем.
Затем из «пряжи» слоеного теста намотать на мясные шарики в виде клубочка.
Противень смазать растительным маслом и выложить на него получившиеся клубочки. Смазать яйцом и выпекать в предварительно разогретой духовке 40 мин. при t= 180°.
Желательно подавать горячими, пока клубочки не остыли, так вкуснее. Приятного аппетита!
Конспект комплексного занятия для первой младшей группы «Разноцветные клубочки»
Цели:
- Вызывать у детей эмоциональный отклик, желание пожалеть и помочь.
- Поддерживать речевую активность, стремление вступать в речевое взаимодействие, развивать умение произносить звукоподражания громко и тихо.
- Продолжать учить группировать по цвету, учить чередовать предметы одинаковой формы по величине.
- Учить круговыми движениями рисовать клубок.
Предварительная работа: рассматривание картины «Кошка с котятами».
Оборудование: музыкальная кошка-игрушка, хвостики на резинке на каждого ребенка, дорожка с наклеенными кружочками, чередующимися по размеру, клубки трех цветов, ведра трех цветов, мольберт , рисунки кошки на каждого ребенка, цветные карандаши.
Ход занятия.
В комнате раздается мяуканье.
Воспитатель: Ребята, послушайте, что это за звуки?
Читая стихотворение О.Высоцкой «Холодно», достает музыкальную кошку.
Кто мяукнул у дверей
Открывайте поскорей
Очень холодно зимой
Мурка просится домой.
Воспитатель: Ребята, посмотрите, кто к нам в гости пришел? Давайте поздороваемся с кошечкой, пожалеем ее, она замерзла, на улице холодно.
Какие вы добрые ребята, молодцы.
А вы хотите превратиться в котят? (ответы детей).
Давайте я вам надену хвостики и вы превратитесь в котяток. Воспитатель, одевая каждому хвостик, приговаривает:
А как котята мяукают – громко или тихо? (ответы детей). Давайте помяукаем как, котята, тихонечко. -тихонечко. (дети мяукают). А теперь помяукаем как большая кошка – громко. (дети мяукают). Молодцы.
А еще котята очень любят играть клубочками. Посмотрите, кошка нам принесла много клубочков (воспитатель раскатывает клубки). Ребята, выберите себе один клубочек, какой вам нравится. Потрогайте какой он мягкий, приятный. Давайте покатаем его ладошкой. Здорово получается… А теперь другой ладошкой покатаем.
Посмотрите-ка, один клубочек заблудился. В какое ведерко его положим?.. Вот молодцы котята, теперь все клубочки на местах.
— А еще котята очень любят гулять. Посмотрите какая дорожка нарисована. Сначала какой кружочек большой или маленький — (ответы детей). Правильно, а потом какой – правильно, маленький. Давайте построим дорожку из клубочков. Какой сюда положим клубочек большой или маленький — (ответы детей) . Давайте строить дорожку…
Вот какая красивая дорожка у нас получилась… Вставайте за мной, котята, пойдемте гулять …
Воспитатель обращает внимание детей на мольберт, где прикреплен рисунок с котенком.
Подготовлено воспитателем Годжаевой Т.М.
Ингредиенты:
Меню на каждый день Как приготовить:
Примечания к рецепту:
Полезный совет: Приятного аппетита!!! Смотрите ещё домашние рецепты: |
л. соды (пищевой),
Фото Зеленые клубочки в Черноморском и Межводном
Питание в отеле
Бассейн
Автостоянка
Интернет Wi-Fi
Работает круглогодично
Баня, сауна
Территория, двор
Спутник/кабель ТВ
Детская площадка
Конференц-зал
Проживание с животными
Дети любого возраста
Круглосуточная регистрация
Терминал для оплаты картой
гломерулярных болезней | NIDDK
Многие болезни влияют на функцию почек, поражая клубочки, крошечные единицы в почках, где очищается кровь.
Гломерулярные заболевания включают множество состояний с множеством генетических и экологических причин, но они делятся на две основные категории:
- Гломерулонефрит — это воспаление мембранной ткани в почках, которая служит фильтром, отделяющим отходы и лишнюю жидкость от крови.
- Гломерулосклероз описывает рубцевание или уплотнение крошечных кровеносных сосудов в почках.
Хотя гломерулонефрит и гломерулосклероз имеют разные причины, обе они могут привести к почечной недостаточности.
Что такое почки и что они делают?
Две почки — это бобовидные органы, расположенные чуть ниже грудной клетки, по одной с каждой стороны позвоночника. Каждый день две почки фильтруют от 120 до 150 литров крови, чтобы произвести от 1 до 2 литров мочи, состоящей из отходов и лишней жидкости.
Кровь поступает в почки через артерии, которые разветвляются внутри почек на крошечные скопления петлевых кровеносных сосудов.Каждый кластер называется клубочком , что происходит от греческого слова «фильтр».
Форма множественного числа — glomeruli . В каждой почке примерно 1 миллион клубочков или фильтров. Клубочек прикреплен к отверстию небольшой трубки для сбора жидкости, называемой трубочкой . Кровь фильтруется в клубочках, а лишняя жидкость и отходы проходят в канальцы и превращаются в мочу. В конце концов, моча выходит из почек в мочевой пузырь через более крупные трубки, называемые мочеточниками и .
Каждая единица клубочков и канальцев называется нефроном . Каждая почка состоит примерно из 1 миллиона нефронов. В здоровых нефронах клубочковая мембрана, которая отделяет кровеносный сосуд от канальца, позволяет продуктам жизнедеятельности и дополнительной воде проходить в канальцы, сохраняя при этом клетки крови и белок в кровотоке.
Как гломерулярные заболевания влияют на функцию почек?
Заболевания клубочков повреждают клубочки, позволяя белку, а иногда и эритроцитам просачиваться в мочу.
Иногда гломерулярная болезнь также препятствует выведению продуктов жизнедеятельности почками, поэтому они начинают накапливаться в крови. Кроме того, потеря белков крови, таких как альбумин, с мочой, может привести к падению их уровня в кровотоке. В нормальной крови альбумин действует как губка, вытягивая лишнюю жидкость из организма в кровоток, где она остается до тех пор, пока почки не удалите ее. Но когда альбумин попадает в мочу, кровь теряет способность поглощать лишнюю жидкость из организма.Жидкость может накапливаться вне системы кровообращения на лице, руках, ногах или лодыжках и вызывать отек.
Каковы симптомы гломерулярной болезни?
Признаки и симптомы гломерулярной болезни включают
- альбуминурия: большое количество белка в моче
- гематурия: кровь в моче
- снижение скорости клубочковой фильтрации: неэффективная фильтрация шлаков из крови
- гипопротеинемия: низкий белок крови
- отек: отек частей тела
Один или несколько из этих симптомов могут быть первым признаком заболевания почек.
Но как узнать, например, есть ли у вас протеинурия? До посещения врача нельзя. Но некоторые из этих симптомов имеют признаки или видимые проявления:
- Протеинурия может вызвать пенистую мочу.
- Кровь может окрашивать мочу в розовый цвет или цвет колы.
- Отек может быть очевиден в руках и лодыжках, особенно в конце дня, или вокруг глаз, например, при пробуждении утром.
Как диагностируется гломерулярная болезнь?
Пациенты с гломерулярной болезнью имеют значительное количество белка в моче, что можно назвать «нефротическим диапазоном», если уровни очень высоки.Эритроциты в моче также часто обнаруживаются, особенно при некоторых формах гломерулярных заболеваний. Анализ мочи дает информацию о повреждении почек, показывая уровни белка и эритроцитов в моче. Анализы крови измеряют уровни продуктов жизнедеятельности, таких как креатинин и азот мочевины, чтобы определить, нарушена ли фильтрующая способность почек. Если эти лабораторные анализы указывают на повреждение почек, врач может порекомендовать ультразвуковое или рентгеновское обследование, чтобы определить, являются ли форма или размер почек аномальными.
Эти тесты называются визуализацией почек. Но поскольку гломерулярное заболевание вызывает проблемы на клеточном уровне, врач, вероятно, также порекомендует биопсию почки — процедуру, в которой игла используется для извлечения небольших кусочков ткани для исследования с помощью различных типов микроскопов, каждый из которых показывает разные аспекты. ткани. Биопсия может быть полезной для подтверждения гломерулярной болезни и определения причины.
Что вызывает гломерулярную болезнь?
Ряд различных заболеваний может привести к заболеванию клубочков.Это может быть прямым результатом инфекции или лекарственного средства, токсичного для почек, или может быть результатом заболевания, поражающего все тело, например диабета или волчанки. Многие заболевания могут вызывать отек или рубцевание нефрона или клубочков. Иногда гломерулярное заболевание бывает идиопатическим, что означает, что оно протекает без очевидного связанного заболевания.
Категории, представленные ниже, могут частично совпадать: то есть болезнь может принадлежать к двум или более категориям.
Например, диабетическая нефропатия — это форма гломерулярной болезни, которую можно разделить на две категории: системные заболевания, поскольку диабет сам по себе является системным заболеванием, и склеротические заболевания, поскольку специфическое повреждение почек связано с рубцеванием.
Аутоиммунные заболевания
Когда иммунная система организма функционирует должным образом, она создает белковые вещества, называемые антителами и иммуноглобулинами, для защиты организма от вторжений организмов. При аутоиммунном заболевании иммунная система вырабатывает аутоантитела, которые представляют собой антитела или иммуноглобулины, которые атакуют сам организм. Аутоиммунные заболевания могут быть системными и поражать многие части тела, или они могут поражать только определенные органы или области.
Системная красная волчанка (СКВ) поражает многие части тела: в первую очередь кожу и суставы, но также и почки.Поскольку женщины более склонны к развитию СКВ, чем мужчины, некоторые исследователи полагают, что генетический фактор, связанный с полом, может играть роль в повышении восприимчивости человека, хотя вирусная инфекция также считается пусковым фактором.
Волчаночный нефрит — это заболевание почек, вызванное СКВ, и оно возникает, когда аутоантитела образуются или откладываются в клубочках, вызывая воспаление. В конечном итоге воспаление может привести к образованию рубцов, которые мешают почкам нормально функционировать. Обычное лечение волчаночного нефрита включает комбинацию двух препаратов: циклофосфамида, цитотоксического агента, подавляющего иммунную систему, и преднизолона, кортикостероида, используемого для уменьшения воспаления.Вместо циклофосфамида использовался новый иммунодепрессант, михофенолятмофетил (MMF). Предварительные исследования показывают, что MMF может быть таким же эффективным, как циклофосфамид, и иметь более легкие побочные эффекты.
Болезнь против GBM (болезнь Гудпасчера) включает аутоантитела, которые специфически воздействуют на почки и легкие. Часто первым признаком наличия аутоантител у пациентов является кровохарканье. Но повреждение легких при синдроме Гудпасчера обычно поверхностное по сравнению с прогрессирующим и необратимым повреждением почек.
Синдром Гудпасчера — редкое заболевание, которое поражает в основном молодых мужчин, но также встречается у женщин, детей и пожилых людей. Лечение включает в себя иммунодепрессанты и терапию очистки крови, называемую плазмаферезом, которая удаляет аутоантитела.
IgA-нефропатия — это форма гломерулярной болезни, которая возникает, когда иммуноглобулин A (IgA) образует отложения в клубочках, где он вызывает воспаление. IgA-нефропатия не была признана причиной гломерулярных заболеваний до конца 1960-х годов, когда были разработаны сложные методы биопсии, которые могли идентифицировать отложения IgA в ткани почек.
Наиболее частым симптомом нефропатии IgA является кровь в моче, но часто это скрытое заболевание, которое может оставаться незамеченным в течение многих лет. Скрытый характер заболевания затрудняет определение того, сколько людей находится на ранних стадиях IgA-нефропатии, когда специальные медицинские тесты — единственный способ ее обнаружить. Это заболевание считается наиболее частой причиной первичного гломерулонефрита, т. Е. Гломерулярного заболевания, не вызванного системным заболеванием, таким как волчанка или сахарный диабет.Похоже, что это влияет на мужчин больше, чем на женщин. Хотя IgA-нефропатия встречается во всех возрастных группах, у молодых людей редко проявляются признаки почечной недостаточности, потому что болезнь обычно прогрессирует до стадии, когда она вызывает заметные осложнения, через несколько лет.
Не рекомендуется лечение ранних или легких случаев IgA-нефропатии, когда у пациента нормальное артериальное давление и менее 1 грамма белка в 24-часовом диурезе. Когда протеинурия превышает 1 грамм / день, лечение направлено на защиту функции почек за счет снижения протеинурии и контроля артериального давления.Лекарства от артериального давления — ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (ингибиторы АПФ) или блокаторы рецепторов ангиотензина (БРА), которые блокируют гормон, называемый ангиотензином, наиболее эффективны для одновременного достижения этих двух целей.
Наследственный нефрит — синдром Альпорта
Основным признаком синдрома Альпорта является наличие в семейном анамнезе хронического гломерулярного заболевания, хотя оно также может включать нарушения слуха или зрения. Этот синдром поражает как мужчин, так и женщин, но мужчины чаще страдают хроническим заболеванием почек и потерей чувствительности.Мужчины с синдромом Альпорта обычно впервые проявляют признаки почечной недостаточности в возрасте двадцати лет и достигают полной почечной недостаточности к 40 годам. У женщин редко бывают серьезные нарушения функции почек, а потеря слуха может быть настолько незначительной, что ее можно обнаружить только при обследовании с помощью специального оборудования. Обычно мужчины могут передать болезнь только своим дочерям. Женщины могут передать болезнь своим сыновьям или дочерям. Лечение направлено на контроль артериального давления для поддержания функции почек.
Гломерулярная болезнь, связанная с инфекцией
Гломерулярная болезнь иногда быстро развивается после инфицирования других частей тела.
Острый постстрептококковый гломерулонефрит (PSGN) может развиться после эпизода стрептококковой ангины или, в редких случаях, импетиго (кожной инфекции). Бактерии Streptococcus не атакуют почки напрямую, но инфекция может стимулировать иммунную систему к чрезмерной выработке антител, которые циркулируют в крови и, наконец, откладываются в клубочках, вызывая повреждение. ПСГН может вызвать внезапные симптомы отека (отек), снижение диуреза (олигурия) и кровь в моче (гематурия).Тесты покажут большое количество белка в моче и повышенный уровень креатинина и азота мочевины в крови, что указывает на снижение функции почек. Высокое кровяное давление часто сопровождает нарушение функции почек при этом заболевании.
ПСГН чаще всего встречается у детей в возрасте от 3 до 7 лет, хотя может поражать в любом возрасте и чаще всего поражает мальчиков. Это длится недолго и обычно позволяет почкам восстановиться. Однако в некоторых случаях повреждение почек может быть необратимым, что требует диализа или трансплантации для восстановления функции почек.
Бактериальный эндокардит, инфекция тканей внутри сердца, также связан с последующим гломерулярным заболеванием. Исследователи не уверены, вызваны ли поражения почек, которые образуются после сердечной инфекции, полностью иммунным ответом или какой-то другой механизм заболевания способствует повреждению почек. Лечение сердечной инфекции — самый эффективный способ минимизировать повреждение почек. Эндокардит иногда приводит к хронической болезни почек (ХБП).
ВИЧ, вирус, вызывающий СПИД, также может вызывать заболевание клубочков.От 5 до 10 процентов людей с ВИЧ страдают почечной недостаточностью еще до того, как разовьется полномасштабный СПИД. ВИЧ-ассоциированная нефропатия обычно начинается с тяжелой протеинурии и быстро прогрессирует (в течение года после выявления) до полной почечной недостаточности. Исследователи ищут методы лечения, которые могут замедлить или обратить вспять это быстрое ухудшение функции почек, но некоторые возможные решения, связанные с иммуносупрессией, рискованны из-за уже ослабленной иммунной системы пациентов.
Склеротические болезни
Гломерулосклероз рубцевание (склероз) клубочков.За некоторые склеротические состояния ответственны такие системные заболевания, как волчанка или диабет. Гломерулосклероз вызывается активацией клубочковых клеток с образованием рубцового материала. Это может быть стимулировано молекулами, называемыми факторами роста, которые могут быть произведены самими клубочковыми клетками или могут быть доставлены в клубочки циркулирующей кровью, которая попадает в клубочковый фильтр.
Диабетическая нефропатия — основная причина гломерулярных заболеваний и общей почечной недостаточности в США.Заболевание почек — одна из нескольких проблем, вызванных повышенным уровнем глюкозы в крови, основным признаком диабета. Помимо рубцевания почки, повышенный уровень глюкозы, по-видимому, увеличивает скорость кровотока в почку, создавая нагрузку на фильтрующие клубочки и повышая кровяное давление.
Для развития диабетической нефропатии обычно требуется много лет.
Люди с диабетом могут замедлить повреждение почек, контролируя уровень глюкозы в крови с помощью здорового питания с умеренным потреблением белка, физической активности и лекарств.Людям, страдающим диабетом, также следует соблюдать осторожность, чтобы по возможности поддерживать свое артериальное давление на уровне ниже 140/90 мм рт. Лекарства от артериального давления, называемые ингибиторами АПФ и БРА, особенно эффективны для минимизации повреждения почек и в настоящее время часто назначаются для контроля артериального давления у пациентов с диабетом и у пациентов со многими формами заболеваний почек.
Фокальный сегментарный гломерулосклероз (ФСГС) описывает рубцевание в отдельных участках почки, обычно ограниченное одной частью клубочка и небольшой частью клубочков в пораженной области.ФСГС может быть результатом системного расстройства или развиться как идиопатическое заболевание почек без известной причины. Протеинурия — наиболее частый симптом ФСГС, но, поскольку протеинурия связана с несколькими другими заболеваниями почек, врач не может диагностировать ФСГС только на основе протеинурии.
Биопсия может подтвердить наличие гломерулярных рубцов, если ткань берется из пораженного участка почки. Но найти пораженный участок — дело случая, особенно на ранней стадии болезни, когда поражения могут быть рассредоточенными.
Для подтверждения диагноза ФСГС может потребоваться повторная биопсия почки. Для постановки диагноза идиопатический ФСГС требуется выявление очаговых рубцов и устранение возможных системных причин, таких как диабет или иммунный ответ на инфекцию. Поскольку идиопатический ФСГС по определению имеет неизвестную причину, его трудно лечить. Универсального лекарства не найдено, и большинство пациентов с ФСГС прогрессируют до почечной недостаточности в течение 5-20 лет. Некоторые пациенты с агрессивной формой ФСГС достигают почечной недостаточности через 2–3 года.Лечение стероидами или другими иммунодепрессантами помогает некоторым пациентам, уменьшая протеинурию и улучшая функцию почек. Но эти методы лечения полезны лишь для меньшинства тех, у кого они пробуются, и в результате у некоторых пациентов функция почек ухудшается.
Ингибиторы АПФ и БРА также могут использоваться при ФСГС для уменьшения протеинурии. Лечение должно быть сосредоточено на контроле артериального давления и уровня холестерина в крови — факторов, которые могут способствовать образованию рубцов почек.
Другие клубочковые болезни
Мембранозная нефропатия, также называемая мембранозной гломерулопатией, является второй по частоте причиной нефротического синдрома (протеинурия, отек, высокий уровень холестерина) у взрослых в США после диабетической нефропатии. Для диагностики мембранозной нефропатии требуется биопсия почки, которая выявляет необычные отложения иммуноглобулина G и комплемента C3, веществ, созданных иммунной системой организма. Полностью 75 процентов случаев являются идиопатическими, что означает, что причина заболевания неизвестна.Остальные 25 процентов случаев являются результатом других заболеваний, таких как системная красная волчанка, гепатит B или гепатит C, или некоторые формы рака. Медикаментозное лечение с применением пеницилламина, золота или каптоприла также связано с мембранозной нефропатией.
Примерно от 20 до 40 процентов пациентов с мембранозной нефропатией прогрессируют, обычно в течение десятилетий, до почечной недостаточности, но у большинства пациентов наблюдается либо полная ремиссия, либо продолжающиеся симптомы без прогрессирующей почечной недостаточности.Врачи расходятся во мнениях относительно того, насколько агрессивно лечить это состояние, поскольку около 20 процентов пациентов выздоравливают без лечения. Ингибиторы АПФ и БРА обычно используются для снижения протеинурии. Часто требуется дополнительное лечение для контроля высокого кровяного давления и отеков. Некоторым пациентам стероиды помогают, но это лечение работает не для всех. Некоторым пациентам с прогрессирующим заболеванием помогают дополнительные иммуносупрессивные препараты.
Болезнь минимальных изменений (MCD) — это диагноз, который ставится, когда у пациента есть нефротический синдром, а биопсия почки выявляет незначительные или нулевые изменения в структуре клубочков или окружающих тканей при исследовании под световым микроскопом.
Могут присутствовать крошечные капли жирного вещества, называемого липидом, но в почках не образовалось рубцов. БКР может возникнуть в любом возрасте, но чаще всего встречается в детстве. Небольшой процент пациентов с идиопатическим нефротическим синдромом не отвечает на стероидную терапию. Таким пациентам врач может порекомендовать диету с низким содержанием натрия и назначить мочегонное средство для контроля отеков. Врач может порекомендовать прием нестероидных противовоспалительных препаратов для уменьшения протеинурии. Ингибиторы АПФ и БРА также использовались для снижения протеинурии у пациентов с устойчивым к стероидам МКД.Эти пациенты могут реагировать на более высокие дозы стероидов, более длительное использование стероидов или стероидов в сочетании с иммунодепрессантами, такими как хлорамбуцил, циклофосфамид или циклоспорин.
Хроническая болезнь почек
Большинство форм гломерулярной болезни развиваются постепенно, часто бессимптомно в течение многих лет. Хроническая болезнь почек (ХБП) — это медленная, постепенная потеря функции почек.
Некоторые формы ХБП можно контролировать или замедлять. Например, диабетическую нефропатию можно отсрочить, строго контролируя уровень глюкозы в крови и используя ингибиторы АПФ и БРА для снижения протеинурии и контроля артериального давления.Но ХБП нельзя вылечить. Частичная потеря почечной функции означает, что некоторая часть нефронов пациента была покрыта рубцами, и нефроны не могут быть восстановлены. Во многих случаях ХБП приводит к почечной недостаточности.
Что такое почечная недостаточность и терминальная стадия почечной недостаточности?
Почечная недостаточность — это острая или хроническая потеря 85 или более процентов функции почек. Терминальная стадия почечной недостаточности (ТПН) — это почечная недостаточность, которую лечат диализом или трансплантацией почки. В зависимости от формы гломерулярного заболевания функция почек может быть потеряна в течение нескольких дней или недель или может ухудшаться медленно и постепенно в течение десятилетий.
Острая почечная недостаточность
Некоторые формы гломерулярной болезни вызывают очень быстрое ухудшение функции почек.
Например, ПСГН может вызывать серьезные симптомы (гематурию, протеинурию, отек) в течение 2–3 недель после развития ангины или кожной инфекции. Пациенту может временно потребоваться диализ для восстановления функции почек. Эта быстрая потеря функции почек называется острой почечной недостаточностью (ОПН). Хотя ОПН может быть опасной для жизни, пока продолжается, функция почек обычно восстанавливается после устранения причины почечной недостаточности.У многих пациентов ОПН не связана с необратимым повреждением. Однако некоторые пациенты могут вылечиться от острой легочной недостаточности и впоследствии заболеть ХБП.
Почечная недостаточность
Чтобы остаться в живых, пациенту с почечной недостаточностью необходимо пройти диализ — гемодиализ или перитонеальный диализ — или получить новую почку путем трансплантации. Пациенты с ХБП, приближающиеся к почечной недостаточности, должны узнать как можно больше о вариантах лечения, чтобы они могли принять обоснованное решение, когда придет время.
С помощью диализа или трансплантации многие люди продолжают вести полноценную продуктивную жизнь с почечной недостаточностью.
Нефротический синдром
Нефротический синдром — это состояние, при котором в моче содержится очень много белка; низкий уровень белка в крови; отек, особенно вокруг глаз, ног и рук; и высокий холестерин. Нефротический синдром — это набор симптомов, а не болезнь сама по себе. Это может произойти со многими заболеваниями, поэтому профилактика зависит от борьбы с болезнями, которые его вызывают.Лечение нефротического синдрома направлено на выявление и лечение основной причины, если это возможно, а также на снижение высокого уровня холестерина, артериального давления и белка в моче с помощью диеты, лекарств или того и другого. Нефротический синдром может исчезнуть после лечения основной причины, если она известна. Однако часто основной причиной является заболевание почек, которое невозможно вылечить. В этих случаях почки могут постепенно терять способность фильтровать отходы и лишнюю воду из крови.
Если происходит почечная недостаточность, пациенту необходимо будет пройти диализ или пересадку почки.
гломерулярная болезнь | Центр почек UNC
Почки имеют крошечные структуры, которые выполняют свою работу, называемые нефронами. В каждой почке содержится около миллиона нефронов. Каждый нефрон имеет небольшой кровеносный сосуд, по которому поступает нефильтрованная кровь, клубочки (светящиеся кобылы-Yule-us), которые фильтруют кровь, канальцы, которые удаляют отфильтрованные отходы в моче, и небольшой кровеносный сосуд, возвращающий фильтрованную кровь. к телу. Заболевания, повреждающие клубочки, известны как болезни клубочков.Подробнее о почках и клубочках читайте здесь.
Ваши почки
Здоровые почкиВаша кровь несет кислород и питательные вещества к вашим органам и тканям, а также несет продукты жизнедеятельности, которые должны быть выведены из вашего тела. Ваши почки контролируют этот процесс.
Ваши почки:
- Контролируйте водный баланс в своем теле
- Сообщает вашему телу, когда начинать и прекращать выработку переносящих кислород красных кровяных телец
- Контроль кислотности крови
- Фильтруйте кровь и выводите продукты жизнедеятельности в мочевой пузырь в виде мочи
- Контролируйте артериальное давление
Ваши почки выполняют три основных функции:
- Переносить кровь к фильтрам внутри почек и из них
- Фильтр крови
- Несите отходы в мочевой пузырь
Симптомы болезни почек
Заболевания почек могут вызывать нарушения каждой функции почек, например:
- Неправильный контроль количества воды в вашем теле вызывает накопление слишком большого количества воды, что приводит к отеку (отеку)
- Приказ вашему телу прекратить производство эритроцитов вызывает слишком мало эритроцитов в крови (анемия)
- Аномальный контроль кислотности крови вызывает слишком много кислоты в крови (ацидоз)
- Снижение фильтрации крови вызывает накопление в крови продуктов жизнедеятельности (таких как мочевина) (уремия)
- Неправильный контроль вашего кровяного давления вызывает повышенное артериальное давление по сравнению с нормальным (гипертония)
Нефрон
Нефрос — греческое слово, обозначающее почки.
Ваш врач-почечный врач называется нефрологом , потому что он занимается лечением заболеваний почек.
Крошечные структуры, которые работают в ваших почках, называются нефронами . В каждой почке содержится около миллиона нефронов.
В каждом нефроне есть небольшой кровеносный сосуд, по которому поступает нефильтрованная кровь, клубок (светящаяся кобыла-Yule-us), фильтрующий кровь, каналец, который удаляет отфильтрованные отходы в моче, и небольшой кровеносный сосуд, который возвращает в организм фильтрованную кровь.
Клубочки
Гломерулярная болезнь
Заболевания, которые повреждают клубочков (множественное число для клубочков), называются заболеваниями клубочков . Лабораторный анализ мочи людей с гломерулярным заболеванием часто показывает белок в моче (протеинурия) и кровь в моче (гематурия).
Если вас интересует информация об авторских правах на изображения, размещенные на этом веб-сайте, отправьте электронное письмо Кэролайн Поултон.
Понимание гломерулярных болезней | Национальный фонд почек
Что такое гломерулярная болезнь?
Ваши почки могут быть маленькими, но они выполняют множество жизненно важных функций, которые помогают поддерживать ваше общее состояние здоровья, включая фильтрацию отходов и лишней жидкости из крови. В ваших почках около миллиона крошечных фильтрующих элементов, называемых нефронами. У каждого нефрона есть клубочки, а это значит, что их тоже более миллиона. Клубочками называют более одного клубочка.Клубочки работают как ситечки, используемые в кулинарии. Пока кровь движется через них, они пропускают отходы и лишнюю воду в нефроны для образования мочи. В то же время они задерживают белок и кровь, в которых нуждается ваше тело. Многие заболевания влияют на функцию почек, поражая клубочки. Когда клубочки повреждаются и не могут выполнять свою работу, это называется гломерулярной болезнью. Гломерулярные заболевания включают множество состояний с множеством различных причин.
Что вызывает гломерулярную болезнь?
Гломерулярная болезнь может быть вызвана инфекцией или лекарством, вредным для почек.В других случаях это может быть вызвано заболеванием, поражающим все тело, например диабетом или волчанкой. Многие различные заболевания могут вызвать отек (воспаление) или рубцевание (склероз) клубочков. Иногда гломерулярная болезнь бывает идиопатической, то есть возникает без какой-либо причины.
Каковы признаки и симптомы гломерулярной болезни?
Один или несколько из следующих признаков могут быть первым признаком гломерулярной болезни:
- Кровь в моче ( гематурия ): Гломерулярная болезнь может вызвать утечку крови из клубочков в мочу.Ваша моча может выглядеть розовой или светло-коричневой из-за крови.
- Белок в моче ( протеинурия ): Гломерулярная болезнь может вызвать утечку белка из клубочков в мочу. Ваша моча может быть пенистой из-за белка.
- Отек: Гломерулярная болезнь может вызвать скопление жидкости в организме. Избыток жидкости может вызвать отек в таких частях тела, как руки, лодыжки или вокруг глаз.
Ваша моча может быть пенистой из-за белка.Если у вас есть один или все из этих симптомов, немедленно обратитесь к врачу.
Как диагностируется гломерулярная болезнь?
Первые подсказки — это признаки и симптомы. Анализы крови помогут вашему лечащему врачу определить, какое у вас заболевание и насколько сильно пострадали ваши почки.
Простой анализ мочи может подтвердить, есть ли в моче кровь или белок.
В некоторых случаях может потребоваться исследование, называемое биопсией почки. В этом тесте крошечный кусочек вашей почки удаляется специальной иглой и исследуется под микроскопом.Биопсия поможет вашему врачу спланировать для вас наилучшее лечение.
Какое лечение доступно при гломерулярной болезни?
Ваш лечащий врач должен выяснить, что вызывает у вас гломерулярное заболевание.
Цели лечения — облегчить симптомы, избежать осложнений и замедлить повреждение почек. Иногда вам могут потребоваться лекарства или временное лечение аппаратом искусственной почки для удаления лишней жидкости, контроля высокого кровяного давления и лечения почечной недостаточности.
В целом, не существует одного конкретного лечения, которое было бы эффективным для всех заболеваний клубочков, но ваш врач может посоветовать вам:
- Контролируйте артериальное давление и останавливайте потерю белка с мочой с помощью препаратов, называемых ингибиторами АПФ или БРА
- Принимать мочегонные средства (водные таблетки) для лечения отеков в области лодыжек и стоп
- Внесите некоторые изменения в свой рацион, например, ешьте меньше соли
- Принимайте лекарства, снижающие активность вашей иммунной системы (например, кортикостероиды)
Приведет ли клубочковая болезнь к хронической болезни почек?
Со временем гломерулярная болезнь может помешать вашим почкам избавляться от шлаков, содержащихся в крови.
Когда это продолжается в течение длительного времени, в вашей крови накапливаются отходы, и у вас может быть хроническая болезнь почек. Это может прогрессировать до почечной недостаточности. Важно поговорить с вашим лечащим врачом, чтобы найти план лечения, который лучше всего подходит для вас, и попытаться замедлить повреждение почек.
Что я могу сделать, чтобы предотвратить гломерулярную болезнь?
Важно обращать внимание на признаки и симптомы и как можно раньше сообщать об этом своему врачу, когда вы их заметите.Лечение состояний, которые могут вызвать гломерулярную болезнь, может помочь предотвратить ее ухудшение и замедлить повреждение почек.
Что еще я должен знать?
У некоторых людей с гломерулярной болезнью есть нефротический синдром. Нефротический синдром (также называемый нефрозом) возникает, когда почки теряют большое количество белка с мочой и вызывают накопление излишка жидкости и соли в организме. Это вызывает отек (отек), высокое кровяное давление и повышенный уровень холестерина.
Нефротический синдром может быть следствием заболеваний почек или других заболеваний, таких как диабет и волчанка. Некоторые лекарства, внутривенное введение наркотиков и ВИЧ (вирус СПИДа) также могут вызывать его. У некоторых людей нефротический синдром проходит после лечения. Но для других это состояние может длиться много лет и со временем привести к почечной недостаточности.
Другие люди могут не иметь нефротического синдрома, но все же иметь некоторые его признаки, такие как белок в моче, отек и высокое кровяное давление. У них также могут быть другие признаки, не являющиеся частью нефротического синдрома, такие как кровь в моче, воспаление клубочков и снижение функции почек из-за повреждения почек.Если у вас есть все эти дополнительные признаки, возможно, у вас нефритический синдром, который вызван воспалением фильтров почек.
Какое лечение доступно при нефротическом или нефритическом синдроме?
По возможности лечится заболевание, вызвавшее его.
Если ваше заболевание очень быстро ухудшается, вам могут потребоваться большие дозы лекарств, влияющих на вашу иммунную систему. Иногда ваш врач может назначить плазмаферез — специальный процесс фильтрации крови для удаления вредных белков из вашей крови.
Ваш врач может также посоветовать:
- Контролируйте артериальное давление и останавливайте потерю белка с мочой с помощью препаратов, называемых ингибиторами АПФ или БРА
- Принимать мочегонные средства (водные таблетки) для лечения отеков в области лодыжек и стоп
- Внесите некоторые изменения в свой рацион, например, ешьте меньше соли
- Принимайте лекарства, снижающие активность вашей иммунной системы (например, кортикостероиды)
Ваш лечащий врач постарается выяснить причину ваших симптомов и поможет подобрать для вас лучшее лечение.
Откуда у обонятельной луковицы появились клубочки: такая история?
org/ScholarlyArticle»> 1Мори, К., Нагао, Х. и Йошихара, Й. Обонятельная луковица: кодирование и обработка информации о молекулах запаха. Наука 286 , 711–715 (1999).
CAS Google ученый
Мори, К., Такахаши, Ю. К., Игараси, К. М. и Ямагути, М. Карты молекулярных особенностей одоранта в обонятельной луковице млекопитающих. Physiol.Ред. 86 , 409–433 (2006).
CAS Google ученый
Джонсон Б. А. и Леон М. Кодирование хемотопного одоранта в обонятельной системе млекопитающих. J. Comp. Neurol. 503 , 1–34 (2007).
CAS PubMed Central PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 4Ресслер, К. Дж., Салливан, С. Л. и Бак, Л. Б. Кодирование информации в обонятельной системе: свидетельства стереотипной и высокоорганизованной карты эпитопа в обонятельной луковице. Cell 79 , 1245–1255 (1994).
CAS Google ученый
Vassar, R. et al. Топографическая организация сенсорных проекций на обонятельную луковицу. Cell 79 , 981–991 (1994).
CAS Google ученый
Mombaerts, P. et al. Визуализация обонятельной сенсорной карты. Cell 87 , 675–686 (1996).
CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 7Treloar, H. B., Feinstein, P., Mombaerts, P. & Greer, C. A. Специфичность нацеливания на клубочки обонятельными сенсорными аксонами. J. Neurosci. 22 , 2469–2477 (2002).
CAS Google ученый
Ван Ф., Немес А., Мендельсон М. и Аксель Р. Рецепторы одоранта определяют формирование точной топографической карты. Cell 93 , 47–60 (1998).
CAS Google ученый
Файнштейн П. и Момбартс П. Контекстная модель сортировки аксонов в клубочки обонятельной системы мыши. Cell 117 , 817–831 (2004).
CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 10Файнштейн, П., Бозза, Т., Родригес, И., Вассалли, А. и Момбертс, П.Управление аксонами обонятельных сенсорных нейронов мыши с помощью пахучих рецепторов и β2-адренорецепторов. Cell 117 , 833–846 (2004).
CAS PubMed Google ученый
Bozza, T., Feinstein, P., Zheng, C. & Mombaerts, P. Экспрессия рецептора одоранта определяет функциональные единицы в обонятельной системе мыши. J. Neurosci. 22 , 3033–3043 (2002).
CAS PubMed Google ученый
Шахматы, А., Саймон, И., Кедр, Х. и Аксель, Р. Аллельная инактивация регулирует экспрессию гена обонятельного рецептора. Cell 78 , 823–834 (1994).
CAS PubMed Google ученый
/yarn-134946964-588e5e8e3df78caebc28b7cb.jpg)
org/ScholarlyArticle»> 13Малник, Б., Хироно, Дж., Сато, Т. и Бак, Л. Б. Комбинаторные рецепторные коды запахов. Cell 96 , 713–723 (1999).
CAS Google ученый
Момбартс, П.Выбор гена рецептора запаха в обонятельных сенсорных нейронах: пересмотр гипотезы «один рецептор — один нейрон». Curr. Мнение. Neurobiol. 14 , 31–36 (2004).
CAS Google ученый
Тиан, Х. и Ма, М. Активность играет роль в устранении обонятельных сенсорных нейронов, экспрессирующих множественные пахучие рецепторы в перегородочном органе мыши. Mol. Cell Neurosci. 38 , 484–488 (2008).
CAS PubMed Central PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 16Гудман, С. и Шац, К. Дж. Механизмы развития, которые генерируют точные модели нейронных связей. Cell 72S, 77–98 (1993).
Кац, Л. К. и Шац, К. Дж. Синаптическая активность и построение корковых цепей. Наука 274 , 1132–1138 (1996).
Google ученый
Луо, Л.И Фланаган, Дж. Г. Разработка непрерывных и дискретных нейронных карт. Нейрон 56 , 284–300 (2007).
CAS Google ученый
Бак, Л. и Аксель, Р. Новое мультигенное семейство может кодировать рецепторы запаха: молекулярная основа для распознавания запаха. Cell 65 , 175–187 (1991).
CAS Google ученый
Файрестейн, С.Как обонятельная система распознает запахи. Nature 413 , 211–218 (2001).
CAS PubMed Google ученый
Belluscio, L., Lodovichi, C., Feinstein, P., Mombaerts, P. & Katz, L.C. Рецепторы одорантов определяют функциональные схемы в обонятельной луковице мыши. Nature 419 , 296–300 (2002).
CAS PubMed Google ученый
Иллиг, К.Р. и Юди, Дж. Д. Контралатеральные проекции переднего обонятельного ядра крысы. J. Comp. Neurol. 512 , 115–123 (2009).
PubMed Central PubMed Google ученый
Ян З. и др. Точная схема связывает двусторонне-симметричные обонятельные карты. Нейрон 58 , 613–624 (2008).
CAS PubMed Google ученый
Эллисон, А.C. Строение обонятельной луковицы и ее связь с обонятельными путями у кролика и крысы. J. Comp. Neurol. 98 , 309–353 (1953).
CAS PubMed Google ученый
Aungst, J. L. et al. Центрально-окружающее подавление клубочков обонятельных луковиц. Nature 426 , 623–629 (2003).
CAS PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 26Ллинас, Р.R. Вклад Сантьяго Рамона-и-Кахала в функциональную нейробиологию. Nature Rev. Neurosci. 4 , 77–80 (2003).
CAS Google ученый
Суси, Э. Р., Альбеану, Д. Ф., Фантана, А. Л., Мурти, В. Н. и Мейстер, М. Точность и разнообразие в карте запаха на обонятельной луковице. Nature Neurosci. 12 , 210–220 (2009).
CAS PubMed Google ученый
Егана, Дж.I., Эйлвин, М. Л. и Мальдонадо, П. Е. Свойства реакции на запах соседних митральных / пучковых клеток в обонятельной луковице крысы. Неврология 134 , 1069–1080 (2005).
CAS PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 29Фантана, А. Л., Суси, Э. Р. и Мейстер, М. Митральные клетки обонятельной луковицы крысы получают редкие входные сигналы клубочков. Нейрон 59 , 802–814 (2008).
CAS PubMed Google ученый
Цубой, А.и другие. Обонятельные нейроны, экспрессирующие тесно связанные и гомологичные гены рецепторов запаха, имеют тенденцию проецировать свои аксоны на соседние клубочки обонятельной луковицы. J. Neurosci. 19 , 8409–8418 (1999).
CAS Google ученый
Zhang, X. et al. Обнаружение экспрессии гена обонятельного рецептора у мышей на микрочипах с высокой пропускной способностью. Proc. Natl Acad. Sci. США 101 , 14168–14173 (2004).
CAS Google ученый
Mombaerts, P. нацелена на обоняние. Curr. Op Neurobio. 6 , 481–486 (1996).
CAS Google ученый
Belluscio, L., Gold, G.H., Nemes, A. & Axel, R. Мыши, дефицитные по гольфу, аносмические. Нейрон 20 , 69–81 (1998).
CAS PubMed Google ученый
Бейкер, Х.и другие. Нацеленная делеция субъединицы циклического нуклеотид-управляемого канала (OCNC1): биохимические и морфологические последствия у взрослых мышей. J. Neurosci. 19 , 9313–9321 (1999).
CAS PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 35Lin, D. M. et al. Формирование точных связей в обонятельной луковице происходит в отсутствие нейрональной активности, вызванной запахом. Нейрон 26 , 69–80 (2000).
CAS PubMed Google ученый
Zheng, C., Feinstein, P., Bozza, T., Rodriguez, I. & Mombaerts, P. Периферические обонятельные проекции по-разному затрагиваются у мышей, дефицитных по субъединице циклического нуклеотидного канала. Нейрон 26 , 81–91 (2000).
CAS PubMed Google ученый
Bulfone, A. et al.Обонятельная сенсорная карта развивается в отсутствие нормальных проекционных нейронов или ГАМКергических интернейронов. Нейрон 21 , 1273–1282 (1998).
CAS PubMed Google ученый
St. John, J. A., Clarris, H. J., McKeown, S., Royal, S. & Key, B. Сортировка и конвергенция первичных обонятельных аксонов не зависят от обонятельной луковицы. J. Comp. Neurol. 464 , 131–140 (2003).
Google ученый
Zou, D. J. et al. Постнатальное уточнение периферических обонятельных проекций. Наука 304 , 1976–1979 (2004).
CAS PubMed Google ученый
Накатани, Х., Серизава, С., Накадзима, М., Имаи, Т. и Сакано, Х. Устранение в процессе развития участков эктопических проекций для трансгенного гена OR, который потерял зональную специфичность в обонятельном эпителии.
Eur. J. Neurosci. 18 , 2425–2432 (2003).
Google ученый
Керр, М. А. и Беллуссио, Л. Опыт обоняния ускоряет очищение клубочков в обонятельной луковице млекопитающих. Nature Neurosci. 9 , 484–486 (2006).
CAS Google ученый
Yu, C.R. et al. Спонтанная нервная активность необходима для создания и поддержания обонятельной сенсорной карты. Нейрон 42 , 553–566 (2004).
CAS Google ученый
Wong, S. T. et al. Нарушение гена аденилатциклазы III типа приводит к периферической и поведенческой аносмии у трансгенных мышей.
Нейрон 27 , 487–497 (2000).
CAS Google ученый
Trinh, K. & Storm, D. R. Вомероназальный орган обнаруживает запахи в отсутствие передачи сигналов через главный обонятельный эпителий. Nature Neurosci. 6 , 519–525 (2003).
CAS Google ученый
Кол, Дж. А., Мацуо, Т., Сторм, Д. Р. и Родригес, И. Аденилилциклазозависимое нацеливание на аксоны в обонятельной системе. Разработка 134 , 2481–2489 (2007).
Google ученый
Zou, D. J. et al. Отсутствие аденилатциклазы 3 нарушает периферические обонятельные проекции у мышей.
J. Neurosci. 27 , 6675–6683 (2007).
CAS Google ученый
Chesler, A. T. et al. Каскад сигналов G. белок / цАМФ необходим для конвергенции аксонов в обонятельные клубочки. Proc. Natl Acad. Sci. США 104 , 1039–1044 (2007).
CAS Google ученый
Катада, С., Танака, М. и Тухара, К.Структурные детерминанты мембранного транспорта и селективности белка G. обонятельного рецептора мыши. J. Neurochem. 90 , 1453–1463 (2004).
CAS Google ученый
Menco, B., Tedula, F., Farbman, A. & Danho, W.
Экспрессия развития G-белков и аденилатциклазы в периферических обонятельных системах. Световая микроскопия и электронно-микроскопическая иммуноцитохимия с замораживанием. J. Neurocytol. 23 , 708–727 (1994).
CAS Google ученый
Имаи, Т., Сузуки, М. и Сакано, Х. Сигналы цАМФ, производные от рецептора одоранта, направлены прямо на аксоны. Наука 314 , 657–661 (2006).
CAS PubMed Google ученый
Катфорт, Т. и др. Аксональные эфрин-As и пахучие рецепторы: определение координат обонятельной сенсорной карты. Cell 114 , 311–322 (2003).
CAS PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 52Serizawa, S. et al. Идентификационный код нейронов для сортировки аксонов, специфичных для пахучих рецепторов и зависимых от активности. Cell 127 , 1057–1069 (2006).
CAS PubMed Google ученый
Канеко-Гото, Т., Йошихара, С., Миядзаки, Х.И Yoshihara, Y. BIG-2 опосредует конвергенцию обонятельного аксона к клубочкам-мишеням. Нейрон 57 , 834–846 (2008).
CAS PubMed Google ученый
Bozza, T. et al. Картирование пахучих рецепторов класса I и класса II на гломерулярные домены двумя разными типами обонятельных сенсорных нейронов мышей. Нейрон 61 , 220–233 (2009).
CAS PubMed Central PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 55Ротман, А., Feinstein, P., Hirota, J. & Mombaerts, P. Промотор гена рецептора запаха мыши M71. Mol. Cell Neurosci. 28 , 535–546 (2005).
CAS PubMed Google ученый
Vassalli, A., Rothman, A., Feinstein, P., Zapotocky, M. & Mombaerts, P. Минигены передают направление аксонов, специфичное для рецептора одоранта, в обонятельной луковице. Нейрон 35 , 681. (2002).
CAS PubMed Google ученый
Исии, Т.и другие. Моноаллельная экспрессия гена рецептора запаха и аксональная проекция обонятельных сенсорных нейронов. Гены Клетки 6 , 71–78 (2001).
CAS Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 58Serizawa, S. et al. Взаимоисключающая экспрессия трансгенов пахучих рецепторов. Nature Neurosci. 3 , 687–693 (2000).
CAS Google ученый
Норлин, Э.M. et al. Доказательства градиентов экспрессии генов, коррелирующих с зональной топографией обонятельной сенсорной карты. Mol. Cell Neurosci. 18 , 283–295 (2001).
CAS Google ученый
Cloutier, J. F. et al. Дифференциальные требования к семафорину 3F и Slit-1 при нацеливании на аксоны, фасцикуляции и сегрегации проекций обонятельных сенсорных нейронов. J. Neurosci. 24 , 9087–9096 (2004).
CAS PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 61Чо, Дж. Х., Лепин, М., Эндрюс, У., Парнавелас, Дж. И Клотье, Дж. Ф. Потребность в Slit-1 и Robo-2 в зональной сегрегации аксонов обонятельных сенсорных нейронов в основной обонятельной луковице. J. Neurosci. 27 , 9094–9104 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Вальц, А., Родригес, И.& Момбертс, П. Аберрантная сенсорная иннервация обонятельной луковицы у мутантных мышей по нейропилину-2. J. Neurosci. 22 , 4025–4035 (2002).
CAS PubMed Google ученый
Алениус, М. и Бом, С. Дифференциальная функция изоформ RNCAM в точном целевом отборе обонятельных сенсорных нейронов. Разработка 130 , 917–927 (2003).
CAS PubMed Google ученый
Швартинг, Г.A. et al. Семафорин 3A необходим для управления обонятельными аксонами у мышей. J. Neurosci. 20 , 7691–7697 (2000).
CAS PubMed Google ученый
Taniguchi, M. et al. Искаженные карты запаха в обонятельной луковице мышей с дефицитом семафорина 3А. J. Neurosci. 23 , 1390–1397 (2003).
CAS PubMed Google ученый
Hasegawa, S.и другие. Семейство протокадгеринов-α участвует в слиянии аксонов обонятельных сенсорных нейронов в клубочки обонятельной луковицы у мышей.
Mol. Cell Neurosci. 38 , 66–79 (2008).
CAS PubMed Google ученый
Walz, A., Feinstein, P., Khan, M. & Mombaerts, P. Аксональная проводка обонятельных нейронов, экспрессирующих гуанилатциклазу-D, зависит от нейропилина 2 и семафорина 3F. Разработка 134 , 4063–4072 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Алениус, М. и Бом, С. Идентификация нового гена, связанного с молекулой адгезии нервных клеток, с потенциальной ролью в селективной проекции аксонов. J. Biol. Chem. 272 , 26083–26086 (1997).
CAS PubMed Google ученый
org/ScholarlyArticle»> 69Yoshihara, Y. et al. OCAM: новый член семейства молекул адгезии нервных клеток, связанный с межзональной проекцией обонятельных и вомероназальных аксонов. J. Neurosci. 17 , 5830–5842 (1997).
CAS PubMed Google ученый
Ока Ю. и др. O-MACS, новый член семейства ацил-CoA синтетаз со средней длиной цепи, специфически экспрессируется в обонятельном эпителии зонозависимым образом. Eur. J. Biochem. 270 , 1995–2004 (2003).
CAS Google ученый
Гуссинг, Ф.& Bohm, S. Активность NQO1 в основной и вспомогательной обонятельных системах коррелирует с зональной топографией проекционных карт. Eur. J. Neurosci. 19 , 2511–2518 (2004).
Google ученый
Strotmann, J. et al. Локальные перестановки в клубочках обонятельной луковицы мыши. J. Neurosci. 20 , 6927–6938 (2000).
CAS Google ученый
Шефер, М.Л., Фингер Т. Э. и Рестрепо Д. Вариабельность положения клубочка P2 на карте обонятельной луковицы мыши. J. Comp. Neurol. 436 , 351–362 (2001).
CAS Google ученый
Мареш, А., Гил, Д. Р., Уитмен, М. К. и Грир, К. А. Принципы организации клубочков в обонятельной луковице человека — значение для обработки запаха. PLoS ONE 3 , e2640 (2008).
PubMed Central PubMed Google ученый
Zhang, X. et al. Характеристика экспрессии гена семейства обонятельных рецепторов человека с использованием нового микрочипа ДНК. Genome Biol. 8 , R86 (2007).
PubMed Central PubMed Google ученый
Померой, С. Л., Ламантия, А. С. и Пурвес, Д. Постнатальное построение нейронных цепей в обонятельной луковице мыши. J. Neurosci. 10 , 1952–1966 (1990).
CAS Google ученый
LaMantia, A. S., Pomeroy, S. L. и Purves, D. Визуализация жизненно важных клубочков в обонятельной луковице мыши.
J. Neurosci. 12 , 976–988 (1992).
CAS PubMed Google ученый
LaMantia AS & D, P. Развитие гломерулярного паттерна, визуализированное в обонятельных луковицах живых мышей. Nature 341 , 646–649 (1989).
CAS PubMed Google ученый
Barnea, G. et al. Пахучие рецепторы на концах аксонов в головном мозге. Наука 304 , 1468 (2004).
CAS PubMed Google ученый
Strotmann, J., Levai, O., Fleischer, J., Schwarzenbacher, K. & Breer, H. Обонятельные рецепторные белки в аксональных отростках хемосенсорных нейронов.
J. Neurosci. 24 , 7754–7761 (2004).
CAS Google ученый
Ито, И., Онг, Р. К., Раман, Б. и Стопфер, М. Редкое представление запаха и обонятельное обучение. Nature Neurosci. 11 , 1177–1184 (2008).
CAS Google ученый
Laurent, G. et al. Кодирование запахов как активный, динамичный процесс: эксперименты, вычисления, теория. Annu. Rev. Neurosci. 24 , 263–297 (2001).
CAS Google ученый
Стивенсон, Р. Дж. И Уилсон, Д. А. Восприятие запаха: подход к распознаванию объектов. Восприятие 36 , 1821–1833 (2007).
Google ученый
Барнс Д. К., Хофасер Р. Д., Заман А. Р., Ренакер Р. Л. и Уилсон Д. А. Устойчивость обонятельного восприятия и различение. Nature Neurosci. 11 , 1378–1380 (2008).
CAS Google ученый
Potter, S. M. et al. Строение и возникновение специфических обонятельных клубочков у мышей. J. Neurosci. 21 , 9713–9723 (2001).
CAS PubMed Central PubMed Google ученый
Бейли, М.С., Пуч, А.С. и Шипли, М.T. Развитие обонятельной луковицы: доказательства взаимодействия глии с нейроном в клубочковой формации. J. Comp. Neurol. 415 , 423–448 (1999).
CAS Google ученый
Роял, С. Дж. И Ки, Б. Развитие обонятельных клубочков P2 у трансгенных мышей тау-LacZ с внутренним сайтом входа в рибосомы P2. J. Neurosci. 19 , 9856–9864 (1999).
CAS Google ученый
Treloar, H.Б., Перселл, А. Л., Грир, С. А. Клубочковые образования в развивающейся обонятельной луковице крысы. J. Comp. Neurol. 413 , 289–304 (1999).
CAS Google ученый
Чжао, Х. и Рид, Р. Р. Инактивация X гена канала OCNC1 выявляет роль зависимой от активности конкуренции в обонятельной системе.
Cell 104 , 651–660 (2001).
CAS Google ученый
Ватт, Вт.C. et al. Стимуляция одоранта увеличивает выживаемость обонятельных сенсорных нейронов через MAPK и CREB. Нейрон 41 , 955–967 (2004).
CAS Google ученый
Рубин Б. Д. и Кац Л. С. Оптическое отображение пахучих репрезентаций в обонятельной луковице млекопитающих. Нейрон 23 , 499–511 (1999).
CAS PubMed Google ученый
Первичные дендриты синапсов митральных клеток с соседними клубочками, независимо от их идентичности пахнущим рецепторам
Выбор дендритов и идентичности пахучих рецепторов клубочков
Для изучения созревания дендритов митральных клеток трансгенная (Tg) мышь pThy1-YFP 21 был использован для выборочной визуализации митральных клеток, в которых промотор Thy1 специфически индуцирует экспрессию желтого флуоресцентного белка (YFP). Двухфотонная лазерная микроскопия позволила нам проанализировать трехмерные (3D) изображения целых дендритов митральных клеток. В постнатальный день 1 (P1) митральные клетки расширяют множественные дендриты по направлению к слою клубочков, взаимодействуя с соседними клубочками (Supplementary Fig. 1a). На более поздних стадиях только один дендрит выбирается в качестве первичного дендрита, а ветви удаляются путем обрезки. В результате каждая митральная клетка образует специфический синапс с единственным клубочком 22 (дополнительные рис. 1a и b).Чтобы проверить, обнаруживают ли митральные клетки клубочки-партнеры на основе их специфичности рецептора запаха для отбора дендритов, мы провели следующий эксперимент.
Используя систему рецепторов Tg H-одоранта 23,24 , мы создали ситуацию, когда множественные клубочки с одинаковыми идентичными рецепторами одоранта сгруппированы в ограниченной области обонятельной луковицы (Fig. 1). Мы проанализировали дендриты митральных клеток в линии мышей Tg H-MOR29A, полученной из мыши Tg MOR29A 25 .
В конструкции Tg H-MOR29A элемент H 23,24 , который усиливает выбор гена, был присоединен к минигену Tg MOR29A , помеченному ires-gapECFP для флуоресцентной визуализации Tg MOR29A-позитивных клубочков. (Рис. 1а). Обычно для каждого вида рецепторов запаха образуется единственный клубок, как видно для MOR29A у мышей Tg MOR29A (рис. 1b и дополнительные фильмы 1-4). Однако у мышей Tg H-MOR29A в дорсальной области обонятельной луковицы образовался кластер клубочков с той же специфичностью к пахучим рецепторам для MOR29A (рис.1b и дополнительный фильм 5). Это произошло потому, что частота выбора для Tg MOR29A заметно увеличивается при добавлении энхансера H 23,24 . Ожидалось, что если соответствие партнера митральным клеткам происходит на основе специфичности пахучих рецепторов клубочков, только один MOR29A-положительный клубок, расположенный в исходном клубочковом сайте для эндогенного MOR29A, получит первичные дендриты из митральных клеток внизу (рис.
1c). , специфика модели).Все другие MOR29-положительные эктопические клубочки не будут получать первичные дендриты из слоя митральных клеток, потому что эти митральные клетки должны были быть спарены с клубочками, имеющими отличную от MOR29A идентичность пахучих рецепторов (Fig. 1c, модель специфичности).
Распространение дендритов митральных клеток (MCs) на множественные клубочки с одинаковыми характеристиками пахучих рецепторов. a Схематические диаграммы трансгенных (Tg) конструкций. Tg MOR29A содержит область ДНК из 223 т.п.н. кластера MOR28 , где гены MOR29A и MOR29B помечены ires-gapECFP и ires-gapEYFP , соответственно, в бактериальной искусственной хромосоме (BAC ).В Tg H-MOR29A энхансер H присоединен к минигену MOR29A , помеченному ires-gapECFP . b Созревание дендритов MC, экспрессирующих Tg MOR29A . Срезы обонятельной луковицы (OB) мышей Tg MOR29A анализировали на P0, P4 и P14 (i, ii, iii).
Морфология дендритов MC сравнивается у мышей Tg MOR29A и Tg H-MOR29A на P21 (iv, v). MCs выборочно визуализируются YFP у мышей Tg pThy1-YFP. Аксоны OSN, экспрессирующие MOR29A и MC, окрашены в красный и зеленый цвета соответственно.GL — клубочковый слой; ЭПЛ, внешний плексиформный слой; MCL, слой митральных клеток. Клубочки MOR29A обведены пунктирными линиями. Масштабная линейка 50 мкм. Трехмерные (3D) видео доступны в дополнительной информации. c Схематические изображения клубочкового совпадения MC. Первичные дендриты выбираются в MC после сопоставления с клубочками-партнерами (i). У мышей H-MOR29A клубочки с той же специфичностью к пахучим рецепторам, Tg-MOR29A, сгруппированы в области OB, где расположены клубочки для эндогенного MOR29A (ii).Происходит ли сопоставление на основе специфичности пахучих рецепторов клубочков или физического расстояния до партнера? d Соотношения MC (%), сохраняющих разветвленные дендриты, сравнивают у мышей Tg MOR29A и Tg H-MOR29A на P0 и P21 (i).
n = 16 MC для H-MOR29A и n = 40 MC для MOR29A. н.с., p > 0,05; * 0,05> p > 0,01; ** p <0,01; Welch’s t -тест; планка ошибок, 95% C.I. Количество MC, подключенных к каждой клубочковой структуре MOR29A, также сравнивается у мышей Tg MOR29A и Tg H-MOR29A (ii)
Чтобы проверить, является ли эта модель специфичности рецептора одоранта правильной для соответствия партнера митральных клеток, мы проанализировали трехмерные изображения клубочков MOR29A с помощью двухфотонного лазерного микроскопа у мышей Tg H-MOR29A в возрасте 3 недель.Не было замечено никаких аномалий или нарушений созревания / отбора дендритов вблизи клубочков MOR29A: мы не обнаружили митральных клеток, распространяющих множественные или разветвленные дендриты на более чем один клубок Tg MOR29A (Рис. 1d, i). Аналогичный результат был получен на более ранних этапах, P7 (дополнительный рис. 1c). Поскольку митральные клетки с разветвленными дендритами могли быть элиминированы во время развития, мы подсчитали количество митральных клеток, соединяющихся с каждым клубочком MOR29A, у мышей Tg H-MOR29A и Tg MOR29A.
Не было обнаружено уменьшения количества митральных клеток для клубочков MOR29A, меченных усиленным голубым флуоресцентным белком (ECFP), у мышей Tg H-MOR29A по сравнению с мышью Tg MOR29A (рис. 1d, ii). Поскольку эктопические клубочки MOR29A у мышей Tg H-MOR29A обычно принимают первичные дендриты, как и в контроле, оказывается, что митральные клетки не выбирают клубочки-партнеры на основе специфичности одоранта-рецептора. Вполне вероятно, что митральная клетка — это такой тип клеток, который выбирает один первичный дендрит для ближайшего клубочка (рис.1в, модель близости). Сопоставление митральных клеток может происходить на основе физического расположения клубочков-партнеров, а не идентичности их пахучих рецепторов.
Дендриты митральных клеток в отсутствие проекции OSN
Далее мы изучили, что могло бы случиться с дендритами митральных клеток, если нацеливание на аксоны OSN отсутствует. Чтобы определить, умирают ли митральные клетки постепенно или продолжают ждать аксонов-партнеров OSN, мы использовали другую мутантную мышь, ∆D, у которой клубочки были удалены в дорсальном домене обонятельной луковицы (рис.
2а). Зоноспецифическая экспрессия дифтерийного токсина А (DTA) была индуцирована из NSE-STOP-DTA на поздней стадии развития плода с использованием специфического для дорсальной зоны промотора O-MACS в качестве драйвера для Cre ген рекомбиназы 18 (рис. 2а). У мышей ∆D мы проанализировали три различных области обонятельной луковицы: дорсальную, вентральную и дорсально-вентральную границу.
Удлинение дендритов митральных клеток (MC) в мутанте ΔD. a Плазмидные конструкции для абляции D-зоны (ΔD) схематично проиллюстрированы.Гены DTA и Cre кодируют дифтерийный токсин А и рекомбиназу Cre, соответственно. Промоторы NSE и OMACS использовали для регион-специфической экспрессии Cre и DTA в обонятельном эпителии (OE). Ген DTA активируется в дорсальной OE с помощью специфического для D-зоны промотора OMACS , удаляя OSN D-зоны. У мутанта ΔD не было обнаружено сигналов NCAM в дорсальной OE, а клубочковые структуры отсутствовали в дорсальной обонятельной луковице (OB).
Срезы контрастировали с DAPI. n = 3. D, дорсальный; M, медиальный; V, вентральный; L, боковой. Масштабные линейки 250 мкм. b Дендритное созревание МК. Отношения (%) MC с разветвленными дендритами нанесены на график для мышей WT и ΔD в дорсальной (D) и вентральной (V) областях в постнатальные дни (P) 0, 7 и 14. c Обнаружение клубочков в OB разделы. Аксоны OSN (зеленый) и M / T-клетки (пурпурный) иммуноокрашивали антителами против OMP и Pcdh31 соответственно. Обратите внимание, что клубочковые структуры отсутствуют в D-области OB мышей ΔD.Гломерулярные структуры обведены пунктирными линиями. GL — клубочковый слой; ЭПЛ, внешний плексиформный слой; MCL, слой митральных клеток. Масштабная линейка, 100 мкм. d Трехмерные изображения стопки дендритов митральных клеток у мышей WT pThy1-YFP и ΔD pThy1-YFP на P21. Были проанализированы три области OB: дорсальный (D), вентральный (V) и граница D-V. Для определения границы D-V (пунктирные линии) срезы окрашивали антителами против NQO1 (маркер области D).
Обратите внимание, что рядом с границей в ΔD, некоторые MC на стороне D (обозначенные наконечниками пурпурных стрелок) вытягивают длинные первичные дендриты, пересекающие границу с клубочками на стороне V.Схематические изображения сечений ΔD OB показаны на нижней панели. GL — клубочковый слой; ЭПЛ, внешний плексиформный слой; MCL, слой митральных клеток. Масштабная линейка, 100 мкм. e Схематическая диаграмма расширения дендритов MC на стороне D до клубочков V у мышей ΔD
Для исследования синаптического контакта аксонов OSN и дендритов митральных клеток срезы обонятельной луковицы были иммуноокрашены антителами против митрального клеточный маркер, Pcdh31 26 и аксоны OSN окрашивали антителами против OMP.Пятнистое окрашивание Pcdh31 было обнаружено в OMP-положительных структурах клубочков в обонятельной луковице дикого типа (WT) и в обонятельной луковице вентральной области мутанта ∆D (рис. 2c). Напротив, сигналы Pcdh31 не были обнаружены в дорсальной области ∆D, указывая тем самым, что митральные клетки неспособны генерировать структуры пучков в отсутствие проекции OSN (Fig.
2c). В вентральной обонятельной луковице ΔD, где присутствовали клубочки, дендритные структуры были нормальными, тогда как в дорсальной обонятельной луковице созревание дендритов не прогрессировало в постнатальный период (рис.2в). Следует отметить, что митральные клетки не регенерируют в течение всей жизни 27 . У мутанта ΔD плотность митральных клеток в дорсальной зоне оказалась нормальной, и не было обнаружено никаких признаков апоптоза в этой области (дополнительный рис. 2а). Интересно, однако, что митральные клетки оставались в незрелом состоянии, и количество разветвленных дендритов оставалось неизменным в дорсальной зоне через две недели (2 недели) после рождения. Используя мышь pThy1-YFP, митральные клетки визуализировали по флуоресценции, а созревание дендритов анализировали на P0, P7 и P14.В контроле дикого типа количество незрелых митральных клеток с разветвленными дендритами постепенно уменьшалось как в дорсальной области, так и в вентральной области обонятельных луковиц.
Напротив, у мышей ∆D дендриты митральных клеток оставались разветвленными в обонятельной луковице дорсальной области, где были удалены клубочки (Fig. 2b). Даже в отсутствие проекции OSN дендриты митральных клеток сохраняли множественные ответвления в течение по крайней мере 3 месяцев. Эти наблюдения указывают на то, что созревание дендритов опосредуется транссинаптической активностью аксонов OSN, даже если некоторые активности могут исходить от соединяющих интернейронов.По-видимому, физический контакт дендритов митральных клеток с аксонами OSN является предпосылкой для отбора дендритов и образования пучков.
Затем мы исследовали, что произойдет с дендритами митральных клеток около дорсально-вентральной границы у мышей ∆D. Если специфичность рецептора запаха или позиционная идентичность клубочков не распознается митральными клетками для сопоставления партнеров, митральные клетки на дорсальной стороне дорсально-вентральной границы не будут формировать синапс с клубочками на вентральной стороне (рис.
2д). Чтобы проанализировать отбор дендритов и распространение митральных клеток около границы, границу идентифицировали путем окрашивания клубочков антителами против дорсального маркера OSN, NQO1 (рис. 2d). У мышей WT митральные клетки около границы расширяли свои первичные дендриты перпендикулярно ближайшим клубочкам без каких-либо различий между клубочками дорсальной и вентральной областей (средняя длина = 225 ± 9 мкм). В отличие от мутанта ∆D, мы обнаружили необычные расширения дендритов для митральных клеток дорсальной области около границы.Как показано на рис. 2d, эти митральные клетки расширяли свои дендриты по касательной к клубочкам V-области, пересекая границу. Примечательно, что некоторые из этих дендритов длиннее 400 мкм (дополнительный рис. 2b). Это неожиданное наблюдение указывает на то, что митральные клетки распространяют первичные дендриты до ближайших клубочков, независимо от их специфичности к пахучим рецепторам или позиционной идентичности, даже когда они находятся далеко друг от друга.
Нацеливание аксонов митральных клеток на обонятельную кору в отсутствие клубочков
Мы также проанализировали вторичную проекцию на обонятельную кору в отсутствие нацеливания на аксоны OSN (рис.3). Аксоны M / T-клеток были визуализированы по флуоресценции YFP, индуцированной промотором Pcdh31, специфичным для M / T-клеток (рис. 3a). Различные обонятельные области коры (латеральный обонятельный тракт, LOT; передние обонятельные ядра, AON; грушевидная кора, Pir; обонятельный бугорок, OT; кортикальная миндалина, CoA; и медиальная миндалина, MeA) у мутанта ∆D были исследованы на предмет возможных дефектов в M / Проекции Т-клеток с использованием срезов WT в качестве контроля. Помимо того, что LOT выглядел более тонким на ∆D, никаких анатомических различий между мышами ∆D и WT не отмечалось.Однако вышеприведенные наблюдения не обязательно делают вывод, что дорсальные M / T клетки у мышей ∆D проецируют свои аксоны нормально в обонятельную кору, поскольку M / T клетки проецируют свои аксоны также из обонятельной луковицы вентральной области.
Поэтому мы исследовали другую мутантную мышь, ∆DV 28 , у которой клубочки полностью отсутствуют как в дорсальной, так и в вентральной областях обонятельной луковицы. Используя промотор goofy , активированный в незрелых OSN, OSN были полностью удалены из обонятельного эпителия путем активации гена дифтерийного токсина из NSE-STOP-DTA 29 с использованием драйвера goofy-Cre 30 (Рис. .3а, б). Здесь мы получили в основном те же результаты с мышами ∆DV, что и с мутантом ∆D (рис. 3c, d). Одно заметное отличие заключалось в том, что в дополнение к LOT сигналы были более тонкими в Pir и MeA в ∆DV. Вероятно, это связано с отсутствием входных данных OSN. Эти наблюдения показывают, что кортикальная проекция M / T клеток, вероятно, происходит независимо от образования синапсов с аксонами OSN, по крайней мере, на начальных стадиях формирования цепи. Нацеливание на аксоны M / T, по-видимому, жестко запрограммировано и управляется генетической программой, как видно на примере fly 12 .
Нацеливание аксонов М / Т-клеток на обонятельную кору (ОК) в отсутствие проекции OSN. Плазмидные конструкции a для Tg pPcdh31-YFP и мышей после абляции DV-зоны (ΔDV) схематически проиллюстрированы. Мышь Tg pPcdh31-YFP была скрещена с мутантом ΔDV для визуализации аксонов M / T-клеток с использованием YFP. Гены DTA и Cre кодируют дифтерийный токсин А и рекомбиназу Cre, соответственно. Промоторы NSE , OMACS и goofy использовали для регион-специфической экспрессии Cre и DTA в обонятельном эпителии (OE). b Обнаружение OSN и их аксонов. Срезы OE и обонятельной луковицы (OB) иммуноокрашивали антителами против NCAM и OMP соответственно. Срезы контрастировали с DAPI. У мутанта ΔDV не было обнаружено сигналов NCAM в OE, а клубочковые структуры полностью отсутствовали в OB. n = 3. D, дорсальный; M, медиальный; V, вентральный; L, боковой. Масштабные линейки 250 мкм. c Проекция М / Т-клеток на ОК.
Мышь Tg pPcdh31-YFP была скрещена с мутантом ΔD или ΔDV, так что аксоны M / T-клеток можно было визуализировать с помощью YFP (зеленый).Показаны снимки всего мозга вентральной стороны. n = 5. R, ростральный; C, хвостовой. Шкала шкалы 2 мм. d Аксональная проекция М / Т-клеток в ОК. Аксоны M / T-клеток в OC-срезах мышей WT и ΔDV визуализировали по флуоресценции YFP, индуцированной промотором Pcdh31 . Были исследованы следующие области ОК: латеральный обонятельный тракт, LOT; передние обонятельные ядра, АОН; грушевидная кора — Pir; обонятельный бугорок, ОТ; корковая миндалина, КоА; и медиальная миндалина, MeA. n = 5. Масштабная полоса, 250 мкм
Синаптические контакты в отсутствие активности OSN
Деарборизация дендритов обычно происходит в ответ на нейронную активность пресинаптических клеток 31 . В обонятельной системе мышей сообщалось, что дендритная обрезка митральных клеток задерживается, когда внешняя нервная оболочка закрыта 32 или канал, управляемый циклическими нуклеотидами (CNG), отключен 33 .
Интересно, однако, что Рон Ю и его коллеги заметили, что Kir2.1-экспрессирующие мыши, у которых все активности OSN были блокированы, не демонстрировали каких-либо дефектов в селекции дендритов митральных клеток 34 . Чтобы определить, влияет ли активность OSN на соответствие партнера дендритам митральных клеток, мы исследовали гемизиготную женскую КО CNG-A2 33 (рис. 4). Мы решили использовать систему CNG +/− , потому что она позволяет нам изучать зависимость активности с акцентом на конкретный рецептор запаха в двух соседних клубочках, один для OSN CNG + , а другой — для CNG — .
Сопоставление митральных клеток (МК) с CNG — клубочков. a клубочки MOR29A в гемизиготном женском CNG-A2. Изображение: дендриты митральных клеток сравниваются между CNG-положительными (+) и -отрицательными (-) клубочками с одинаковой идентичностью пахучих рецепторов, MOR29A. Аксоны OSN клубочков MOR29A (пурпурный для CFP) и соединительные MC (зеленый для YFP) анализировали с помощью двухфотонной лазерной микроскопии.
В дополнительной информации доступны трехмерные видеоролики.GL — клубочковый слой; EPL, внешний плексиформный слой: MCL, слой митральных клеток; FP, флуоресцентный белок. Масштабная линейка, 100 мкм. График: сравниваются размеры клубочков и количество соединяющихся MC между CNG + и CNG — клубочков в точках P1, 7 и 14. n = 3 животных, n = 5-8 клубочков для каждого времени точка. Планка ошибок, S.E .; н.с., p > 0,05; * 0,05> p > 0,01; ** p <0,01; Велча t -тест. b Клубочки MOR29B в гемизиготных женских CNG-A2 KO. Дендритное соединение и образование синапсов MC сравнивали между CNG + и CNG — клубочками MOR29B, как показано для клубочков MOR29A в a . Клубочки MOR29B показаны зеленым, потому что они были помечены YFP, флуоресценцию которого невозможно отличить от флуоресценции YFP для MC. c Формирование синапсов в клубочках CNG + и CNG —. Срезы обонятельных луковиц (OB), содержащие клубочки MOR29A на P14, иммуноокрашивали антителами против синаптических маркеров, синаптофизина (Syn, пресинаптический маркер) и постсинаптической плотности 95 (PSD95, постсинаптический маркер).
Серийные OB-срезы окрашивали антителами против CNG-A2 (маркер CNG-канала) и Pcdh31 (маркер M / T-клеток). Не было обнаружено различий в окрашивании клубочков CNG + и CNG —. Масштабная линейка, 100 мкм. Планка ошибок, S.E .; н.с., p > 0,05; t -тест Уэлча
Поскольку ген CNG -A2 расположен на X-хромосоме мыши 35 , стохастическая инактивация X-хромосомы позволяет проводить мозаичный анализ КО-канала CNG 33,35,36 .Из-за дифференциальной экспрессии зависимых от активности молекул гломерулярной сегрегации 16,26 , каждый клубок дублируется в гемизиготном KO CNG-A2. Для этого эксперимента мы проанализировали клубочки MOR29A и MOR29B (рис. 4). Для визуализации дендритов митральных клеток CNG-A2 KO скрещивали с мышью Tg pThy1-YFP. Было обнаружено, что отбор дендритов митральных клеток был заметно задержан, как сообщалось 33 . Однако не было обнаружено различий в количестве контактирующих митральных клеток между CNG-положительными и CNG-отрицательными клубочками, хотя размеры клубочков были меньше для клубочков CNG — , чем для CNG + (рис.
4a, b и Дополнительные фильмы 6, 7). В нашем исследовании митральные клетки не продемонстрировали какого-либо заметного предпочтения в расширении своих дендритов на клубочки CNG + и CNG — даже в условиях конкуренции. Для изучения образования синапсов в клубочках CNG + и CNG — для MOR29A срезы обонятельной луковицы иммуноокрашивали антителами против синаптофизина (Syn, пресинаптический маркер) и постсинаптической плотности 95 (PSD95, постсинаптический маркер ).Не было обнаружено различий в окрашивании Syn или PSD95 между клубочками CNG + и CNG — (рис. 4c).
В обонятельной системе мышей OSN постоянно регенерируются у взрослых животных 37 . Напротив, митральные клетки не могут поставляться после их начальной миграции из субвентрикулярной зоны в эмбрионе 38 . В результате все дендриты митральных клеток сохраняют свое первоначальное существование на протяжении всей жизни 27 . В гемизиготных женских KO CNG-A2, CNG — OSN в конечном итоге элиминируются зависимым от активности образом в конкурентной ситуации с CNG + клубочками 35 .
Мы изучили, что произойдет с освобожденными клубочками CNG — (рис. 5). При анализе срезов обонятельной луковицы у двухнедельного гемизиготного KO в равной степени были обнаружены клубочки CNG + и CNG —. Однако на 8 неделе мы часто обнаруживали свободные клубочки, лишенные аксонов OSN, хотя дендриты митральных клеток оставались неповрежденными (Рис. 5a). На более поздних стадиях вакантные клубочки были заполнены вновь выступающими аксонами OSN, синапсирующимися с уже существующими дендритами митральных клеток (рис.5б). Чтобы точно определить, сохраняется ли специфичность пахучих рецепторов после наполнения клубочков, мы скрестили Tg-мышь, содержащую MOR29A-ires-gapECFP , с гемизиготной самкой KO CNG-A2. Как упоминалось ранее, дублированные структуры были обнаружены для клубочков Tg MOR29A на более ранних стадиях (2 недели): один был CNG + , а другой — CNG —. Однако аксоны OSN, окрашенные CFP, в конечном итоге исчезли из клубочков CNG –.
У пожилых животных (15 недель) сигналы CFP возвращаются в освободившиеся клубочки, часто формируя перегородочные структуры, разделяющие аксоны CNG + и CNG — OSN регенерированных OSN MOR29A + (рис.5в, и). В некоторых случаях освобожденные клубочки CNG — были повторно заполнены аксонами CNG + , в основном MOR29A + , показывая разреженный образец окрашивания CFP, а не однородный без образования перегородки (рис. 5c, ii). В других случаях в повторно заполненных клубочках образовывалась перегородка, разделяющая область OMP + на две части; один — CFP + , а другой — CFP — (рис. 5c, iii). Область CFP — в повторно заполненных клубочках MOR29A, вероятно, заполнена аксонами OSN рецепторов запахов, отличных от MOR29A.Соответствие партнеров было обнаружено одинаково для областей CFP + и CFP — в пределах повторно заполненной клубочковой структуры (Fig. 5c-e).
Эти находки показывают, что в освобожденных клубочках CNG — уже существующие дендриты митральных клеток способны образовывать синапсы с вновь проецирующимися аксонами OSN, вероятно, обладающими отличными от исходного рецептора идентичностями одорантов.
Активно-зависимая дегенерация и регенерация синапсов. a Образование пустых клубочков.Корональные срезы обонятельной луковицы (OB) (8 недель) самок мышей WT и CNG-A2 +/- окрашивали антителами против OMP для обнаружения аксонов OSN. Из-за конкуренции в гемизиготном KO, CNG — OSN были элиминированы, и были созданы пустые клубочки (обведены кружком), лишенные аксонов OSN. Срезы также окрашивали DAPI. n = 5 животных. GL — клубочковый слой; ЭПЛ, внешний плексиформный слой; MCL, слой митральных клеток. Масштабная линейка 50 мкм. b Заполнение пустых клубочков.Коронковые срезы (15 недель) самок мышей WT и CNG-A2 +/- иммуноокрашивали антителами против OMP и CNG-A2.
Заполненные клубочки (CNG — ) обведены кружком. Клубочки CNG + обведены пунктирными линиями. n = 5 животных. GL — клубочковый слой; ЭПЛ, внешний плексиформный слой; MCL, слой митральных клеток. Масштабная линейка 50 мкм. c Структуры перегородки в заполненных клубочках. Корональные срезы мышей Tg MOR29A (15 недель) на фоне CNG-A2 +/- KO иммуноокрашивали антителами против GFP, CNG-A2 и OMP.Срезы также окрашивали DAPI. Гломерулярные структуры обведены кружком. В повторно заполненных клубочках MOR29A часто формировались перегородочные структуры (пунктирная линия), разделяющие аксоны CNG + и CNG — OSN регенерированных OSN MOR29A + (i). В некоторых случаях освобожденные клубочки CNG — были заполнены аксонами CNG + , в основном MOR29A + , без образования перегородки (ii), или с MOR29A и другими видами пахучих рецепторов, образующих перегородку (iii). d Рационы КПГ + и КПГ — клубочков.
Клубочки MOR29A анализировали на 2, 8 и 15 неделях. Через 8 недель большинство клубочков CNG — MOR29A были лишены аксонов OSN. e Схематические диаграммы дегенерации и регенерации аксонов CNG + и CNG — . Аксоны CNG — элиминируются из-за конкуренции с аксонами CNG + , а освобожденные клубочки CNG — частично заняты аксонами CNG + OSN, формирующими структуру перегородки внутри клубочков.GL — клубочковый слой; ЭПЛ, внешний плексиформный слой; MCL, слой митральных клеток. Масштабные линейки, 50 мкм
Гломерулярные структуры в обонятельной луковице после абляции OSN
В обонятельной системе мыши можно восстановить нервную цепь между обонятельным эпителием и обонятельной луковицей, поскольку OSN постоянно регенерируются 39 . Кроме того, непрерывно поступают гранулярные клетки и перигломерулярные клетки. У взрослых животных нефункциональные клубочки устраняются в конкурентной ситуации и заменяются другими аксонами OSN 40 .
Это контрастирует с митральными клетками, которые не могут поставляться после их начальной миграции из субвентрикулярной зоны в эмбриональную обонятельную луковицу во время раннего развития 41 . Регенерация также происходит после удаления аксонов OSN с помощью химической и физической абляции 42,43 . Хотя карта клубочков восстанавливается после абляции, карта кажется неточной, часто генерируются эктопические клубочки 42,43 .
Чтобы изучить, как структура клубочков сохраняется после принудительного удаления аксонов OSN, мы удалили OSN путем внутрибрюшинной инъекции дихлобенила (2,6-дихлобензонитрила) взрослым мышам pThy1-YFP через 8 недель (рис.6). Как сообщается 42 , лечение дихлобенилом приводило к серьезному разрушению всех OSN в дорсальном обонятельном эпителии, тогда как воздействие на вентральный обонятельный эпителий было незначительным (рис. 6a). Спустя шестнадцать недель после обработки дихлобенилом, клубочки с удаленными OSN в дорсальной обонятельной луковице все еще сохраняли клеточную структуру, заполненную перигломерулярными клетками, даже в отсутствие аксонов OSN (рис.
6b). Чтобы исследовать синапсы в свободных клубочках после 12 недель химической абляции, срезы обонятельных луковиц иммуноокрашивали антителами против маркеров синапсов, vGlut2 и GluR1 (рис.6в). На дорсальной стороне границы клубочки окрашивали на постсинаптический маркер GluR1, но не на пресинаптический маркер vGlut2, хотя клубочки на вентральной стороне окрашивали на оба. Дендриты митральных клеток могут сохранять свои связи с перигломерулярными клетками, и не было никаких признаков удаления или повторного соединения первичных дендритов (Рис. 6b, c). Похоже, что после того, как клубочки устроены с аксонами OSN, перигломерулярными клетками и первичными дендритами митральных клеток, аксоны OSN могут быть удалены, а остальная часть структуры остается, по крайней мере, в сырой форме.Поскольку лечение дихлобенилом устраняет не только существующие OSN, но и их стволовые клетки, мы не наблюдали повторного заполнения освободившихся клубочков в обонятельной луковице дорсальной области. Интересно, однако, что Брайан Кей и его коллеги сообщили, что при их химической абляции OSN в вентральной зоне, экспрессирующие пахучий рецептор P2, не нацеливаются на обонятельную луковицу дорсальной области 42 .
Это наблюдение может указывать на то, что пустые клубочки дорсальной области после абляции OSN могут быть пополнены аксонами вентральной области безотносительно их специфичности к пахучим рецепторам.
Удаление клубочков D-области. a Химическая абляция OSN в обонятельном эпителии (OE) D-зоны. Дихлобенил вводили внутрибрюшинно 8-недельным мышам pThy1-YFP (10 мг / мл в ДМСО, 2,5 мкг / кг). Срезы OE были иммуноокрашены антителами против OMP (пурпурный). Через шестнадцать недель после обработки дихлобенилом OSN и OSN аксоны (OMP-положительные) полностью отсутствовали в OE D-зоны и обонятельной луковице D-области (OB), соответственно. n = 5 животных.Масштабные линейки 500 мкм. Пунктирными линиями обозначены границы областей V и D. b OB-срезов мышей pThy1-YFP, обработанных дихлобенилом. Срезы (24 недели, толщиной 20 мкм) окрашивали антителами против OMP (маркер аксона OSN) и Pcdh31 (маркер M / T-клеток). OSN в D-зоне были полностью удалены путем химической абляции.
Напротив, постсинаптические структуры клубочков стабильно сохранялись даже без пресинаптических аксонов OSN по крайней мере в течение 24 недель, сохраняя первичные дендриты и их структуры пучков нетронутыми.Обратите внимание, что в OE, обработанном дихлобенилом, OSN не регенерируются, потому что их стволовые клетки также удаляются с помощью химической абляции. n = 5 животных. GL — клубочковый слой; ЭПЛ, внешний плексиформный слой; MCL, слой митральных клеток. Масштабная линейка 100 мкм. c Образование синапсов в клубочках около границы D-V. OB-срезы анализировали на наличие синаптических маркеров после 12 недель химической абляции. На дорсальной стороне клубочки окрашивали на постсинаптический маркер GluR1, но не на пресинаптический маркер vGlut2, хотя клубочки на вентральной стороне окрашивали на оба. n = 5 животных. GL — клубочковый слой; ЭПЛ, внешний плексиформный слой; MCL, слой митральных клеток. Масштабная шкала, 100 мкм
Образование и эволюция атубулярных клубочков при прогрессировании почечных заболеваний
Реферат
Функциональные нефроны могут быть потеряны в результате гломерулотубулярного разъединения. Прогрессивное развитие атубулярных клубочков, по-видимому, играет важную роль в ряде почечных заболеваний, включая заболевания клубочков, которые приписываются повреждению клубочково-клубочкового соединения в результате протеинурии; однако образование атубулярных клубочков еще чаще встречается при тубулоинтерстициальных заболеваниях, таких как обструктивная нефропатия.Токсическая нефропатия также связана с образованием атубулярных клубочков, что свидетельствует о предрасположенности гломерулотубулярного соединения к токсическому повреждению. Сужение или другие аномалии гломерулотубулярного соединения описываются как предвестники гломерулотубулярного соединения. Цистиноз представляет собой яркий пример прогрессирующего повреждения гломерулотубулярного соединения с образованием «деформации лебединой шеи» после дегенеративных изменений канальцевых клеток, связанных с апоптозом. Сообщалось о значительном количестве атубулярных клубочков при хроническом пиелонефрите и отторжении почечного аллотрансплантата; это предполагает интерстициальное воспаление как стимул для образования атубулярных клубочков.
Из-за трудностей с морфологическим распознаванием, вероятно, что гломерулотубулярное разъединение является недооцененным механизмом прогрессирования почечной недостаточности. Лучшее понимание уязвимости клубочково-трубчатого соединения и его защиты от травм должно привести к лучшим стратегиям сохранения функции почек при многих нефропатиях.
Врожденные или приобретенные, преимущественно гломерулярные или тубулоинтерстициальные, большинство прогрессирующих заболеваний почек характеризуются прогрессирующей потерей нефронов.Считается, что при типичных гломерулярных заболеваниях, таких как диабет или IgA-нефропатия, тяжелая протеинурия способствует повреждению нефрона, тогда как при тубулоинтерстициальных нарушениях, таких как пиелонефрит или обструктивная нефропатия, разрушение нефрона начинается в почечных канальцах. Существует множество доказательств того, что острое повреждение почек в результате ишемии или токсинов также может привести к прогрессирующей потере нефронов. В этом обзоре представлен альтернативный взгляд на потерю нефронов с акцентом на разъединение клубочков и образование атубулярных клубочков и агломерулярных канальцев.
Представлены доказательства, подтверждающие гипотезу о том, что проксимальный каналец особенно уязвим для травм, тем самым предрасполагая поврежденный нефрон к декапитации.
МЕХАНИЗМЫ ПОТЕРЯ НЕФРОНА
Современный взгляд на прогрессирующее заболевание почек подчеркивает три основных типа клеточного повреждения: высвобождение повреждающих цитокинов за счет проникновения воспалительных клеток, фенотипический переход канальцевых эпителиальных клеток и фиброз. 1 Прямое разрушение нефрона может прогрессировать из-за поражения клубочка, как при ФСГС, или из канальцев, как при хроническом отторжении почечного аллотрансплантата.Когда деструктивный процесс прогрессирует, конечная стадия почек приобретает монотонный вид — гломерулярный склероз, тубулярную атрофию и интерстициальный фиброз, что затрудняет идентификацию исходного заболевания или повреждения почек. Появление атубулярных клубочков в пораженных почках было подчеркнуто в 1930-х годах в элегантных исследованиях микродиссекции, проведенных Оливером и Луэем, 2 , которые убедительно продемонстрировали наличие гломерулотубулярного разъединения в почках у пациентов с болезнью Брайта в терминальной стадии, которую мы теперь называем хроническим гломерулонефритом (рис.
1).Они отметили, что проксимальные канальцы подвержены разрыву, что может привести к фрагментации канальца на несколько небольших кист размером и диаметром исходного канальца. 2
Микродиссекция нефрона пациента с болезнью Брайта. Обратите внимание на близость двух слепых концов проксимального канальца, оставляя атубулярный клубок и агломерулярный канальец. 2
В середине 20 века внимание переключилось с остатков поврежденных нефронов на оставшиеся неповрежденные нефроны и их адаптацию. 3,4 В 1990-х годах за этим последовала серия статей Маркуссена 5–7 , в которых вновь подчеркивалась важность атубулярных клубочков в широком спектре клинических и экспериментальных форм почечной болезни: вместо микродиссекции были проведены серийные срезы. используется, чтобы показать разрыв между клубочками и канальцами (рис. 2). Из-за того, что микродиссекции или серийные срезы занимают много времени, формирование атубулярных клубочков при почечной патологии недооценивается.
Как показано в таблице 1, гломерулотубулярное разъединение до сих пор было описано при протеинурических нарушениях, тубулоинтерстициальных нарушениях, врожденных метаболических нарушениях и токсических нефропатиях.
Последовательные срезы атубулярного клубочка у пациента со стенозом почечной артерии. Нет связи с проксимальным канальцем. 5
Таблица 1.Формирование атубулярных клубочков a
ГЛОМЕРУЛОТОБУЛЯРНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ
В обзоре Lindop et al . 8 представили доказательства того, что определенные характеристики клубочково-тубулярного соединения предрасполагают его к травмам. Наиболее заметными являются нарушения, при которых гломерулотубулярное соединение, «шейка» нефрона, постепенно сужается. Такое поражение описано в гомотрансплантированных почках собаки, подвергающихся острому отторжению. 9 Это сопровождается инфильтрацией лейкоцитов вокруг поражения, которая ослабляется лечением кортизоном.
9 Лейкоцитарная инфильтрация в клубочково-тубулярном соединении также была описана в почечных аллотрансплантатах человека, связанная с адгезией кончика клубочкового пучка к месту начала канальца. 10 У пациентов с хроническим отторжением почечного аллотрансплантата 18% клубочков атубулярны. 11 Сканирующая электронная микроскопия атубулярных клубочков показывает, что их капсулы Боумена выстланы подоцитами, которые в некоторых местах непрерывны с пучком капилляров. 12 Коэн и др. . 13,14 сообщили о прогрессирующем стенозе гломерулотубулярного соединения как у свиней, так и у крыс с лучевой нефропатией. Эти поражения характеризуются истончением эпителиальных клеток канальцев и прогрессированием до гломерулотубулярного разъединения с последующим образованием атубулярных клубочков. 14 Важно отметить, что лечение ингибитором ангиотензинпревращающего фермента предотвращает образование атубулярных клубочков, хотя оно не влияет на развитие самого стенозирующего поражения.
14 У крыс с пассивным нефритом Хеймана лечение ингибитором ангиотензинпревращающего фермента предотвращает гломерулотубулярное разъединение и образование атубулярных клубочков, возможно, за счет уменьшения апоптоза, вызванного протеинурией, в клубочковолокнистом соединении. 15 Исследования, показывающие, что образование атубулярных клубочков поддается терапевтическим манипуляциям, потенциально важны.
Наиболее ярким примером стеноза гломерулотубулярного соединения является «деформация лебединой шеи», описанная при нефропатическом цистинозе (рис. 3). 16 Это прогрессирующее поражение, которое не развивается до 6 месяцев жизни и следует за накоплением кристаллов лизосомального цистина в канальцевых клетках клубочково-тубулярного соединения. 17 Внутриклеточный глутатион снижен в клетках проксимальных канальцев у детей с цистинозом, что связано со снижением уровня АТФ после гипоксического стресса и повышенной восприимчивостью к апоптозу.
18 Повышенный апоптоз проксимальных канальцевых клеток при цистинозе, по-видимому, является результатом лизосомального накопления цистина 19,20 и приводит к образованию атубулярных клубочков (Дж. Г. Тоен, доктор медицины, директор лаборатории биохимической генетики и действующий заслуженный профессор педиатрии Мичиганского университета , Анн-Арбор, Мичиган, личное сообщение, 11 мая 2007 г.).
Микродиссекция нефронов пациента с цистинозом. Первая часть каждого проксимального канальца заметно сужена, что свидетельствует о деформации «лебединая шея».” 16
ГЛОМЕРУЛОТОБУЛЯРНЫЙ СОЕДИНЕНИЕ
Существуют значительные видовые различия в расположении перехода от плоских париетальных эпителиальных клеток, выстилающих капсулу Боумена, к кубовидным эпителиальным клеткам, образующим проксимальный каналец. 21 Точка перехода варьируется: плоские клетки составляют начальный проксимальный каналец у кролика, кубовидные клетки хорошо выходят на теменную поверхность капсулы Боумена у мыши, а у человека переход происходит там, где проксимальный каналец контактирует с клубочковой сферой.
. 21 У мышей> 80% клубочков самцов и самок содержат в основном плоские париетальные эпителиальные клетки в течение первых 3 недель жизни 22 ; однако к 7 неделям доля плоскоклеточных клеток уменьшается до 25% у мужчин, тогда как у женщин остается 74%. 22 Кастрация взрослых мышей-самцов поддерживает высокую фракцию клубочков с париетальными плоскоклеточными клетками, тогда как лечение тестостероном заметно снижает эту фракцию. 23 Примечательно, что токсическая нефропатия, вызванная хлороформом, у взрослых мышей приводит к некрозу канальцев у самцов или кастрированных самцов, получавших тестостерон, но не у нормальных самок или кастрированных самцов. 24 Эти различия соответствуют преобладанию кубовидных клеток, выстилающих капсулу Боумена, у нормальных мужчин и кастрированных мужчин, получавших тестостерон, с преобладанием плоскоклеточных клеток как у нормальных женщин, так и у кастрированных мужчин. 24 Эти наблюдения показывают поразительную корреляцию между предрасположенностью к повреждению почечных канальцев, уровнями андрогенов и фенотипом эпителиальных клеток, выстилающих капсулу Боумена.
Эта корреляция может иметь клиническое значение: недиабетическое заболевание почек прогрессирует чаще у мужчин, чем у женщин. 25
У кроликов, как уже упоминалось, клетки плоского эпителия проходят вниз по начальному проксимальному канальцу; эти клетки содержат актин-подобные филаменты и немного митохондрий, 26 , что может сделать их более устойчивыми к гипоксическому повреждению. Примечательно, что хотя антитела к антигену эпителиальной мембраны, гликопротеину жировых глобул грудного молока, обычно связываются со всеми частями нефрона человека, кроме проксимальных канальцев и клубочков, они также связываются с четко определенным переходом от плоского к кубовидному эпителию. 27 При протеинурических заболеваниях антитело связывается с поврежденными проксимальными канальцами, в которых может развиться плоская или плоскоклеточная фенотипическая трансформация. 27 Клетки плоского эпителия простираются вниз по начальному проксимальному канальцу 10% нефронов в нормальной почечной ткани человека, 8 тогда как в образцах нефрэктомии кубовидные клетки занимают капсулу Боумена до 18% нефронов.
8 Кубовидные гломерулярные париетальные эпителиальные клетки могут отражать широкий спектр гломерулярных повреждений человека, и они были описаны как «заметный париетальный эпителий» 28 или как «метаплазия», связанная с гипертонией или заболеванием печени. 29 Кубовидные гломерулярные париетальные эпителиальные клетки были описаны у крыс после односторонней нефрэктомии и у крыс со спонтанной гипертензией. 30,31
УЯЗВИМОСТЬ ПРОКСИМАЛЬНОЙ ТРУБКИ К ТРАВМАМ И ЭНДОГЕННЫМ ЗАЩИТАМ
Появляется все больше свидетельств того, что проксимальный каналец особенно подвержен различным формам повреждений, что может объяснить образование атубулярных клубочков при почечной недостаточности. Стеноз почечной артерии у человека приводит к большей атрофии проксимальных, чем дистальных канальцев, а также к очень высокой доле атубулярных клубочков (52%). 32 Острая двусторонняя непроходимость мочеточника у крыс приводит к быстрому увеличению экскреции с мочой эпителиальных антигенов почечных канальцев, которые происходят из проксимального канальцевого края щетки.
33 Истощение АТФ в клетках проксимальных канальцев мыши приводит к апоптозу, если он умеренный (истощение от 25 до 75%), но некрозу, если он тяжелый (истощение> 75%). 34 Проксимальные извитые канальцы представляют собой наиболее сильно гипоксический сегмент нефрона в почке незрелой мыши. 35 и иммортализованные клетки проксимальных канальцев крысы, подвергшиеся гипоксии, развивают прогрессирующее снижение уровня Bcl-2, что приводит к гибели клеток в результате апоптоза. 36 После ишемии / реперфузии у крысы клетки проксимальных канальцев являются основным источником синтеза активных форм кислорода (АФК), которые не продуцируются клетками дистальных канальцев. 37 Это приводит к заметному апоптозу проксимальных канальцев, который можно предотвратить введением супероксиддисмутазы, поглотителя ROS. 37 Повышенный потенциал перекисного окисления липидов и низкие уровни каталазы подвергают неонатальную почку значительно большему риску окислительного повреждения по сравнению со взрослым.
38 В провокационном исследовании экспериментального диабета на трансгенных мышах избирательная сверхэкспрессия каталазы в проксимальных канальцах предотвращала стимуляцию АФК, а также снижала экспрессию проапоптотических генов и апоптоз в проксимальных канальцах. 39
После ишемического / реперфузионного повреждения у крысы супероксиддисмутаза активируется в дистальном канальце, но не в проксимальном канальце. 40 Сходным образом антиапоптотические белки Bcl-2 и Bcl-X L активируются в дистальном канальце, тогда как проапоптотический Bax активируется в проксимальном канальце после ишемического / реперфузионного повреждения. 41 Через двадцать недель после острого ишемического повреждения единственной почки> 60% клубочков стали атубулярными, и существует сильная корреляция между клубочковыми связями и СКФ (рис. 4) 42 ; однако ингибирование ангиотензина не снижает долю атубулярных клубочков, несмотря на снижение гломерулосклероза и протеинурии.
43
Корреляция СКФ с долей клубочков, связанных с нормальными трубчатыми сегментами, через 20 недель после острого ишемического повреждения единственной почки крысы. R 2 = 0,79, P = 0,0002. 42
У двухнедельных мышей, лишенных функциональной эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS), спонтанно развиваются канальцевый апоптоз и некроз в локализованных зонах почечной паренхимы (рис. 5, A и B). 44 Эти поражения прогрессируют у взрослых, превращаясь в рубцы, содержащие большие популяции атубулярных клубочков (рис. 5, C и D). 44 Нарушения начинают развиваться во время, соответствующее нормальной активации eNOS в проксимальных канальцах созревающей почки.Таким образом, эндогенная продукция eNOS почками, по-видимому, играет роль в стимулировании созревания нефронов и поддержании целостности клубочковидного соединения.
Рисунок 5. Почки мышей с нокаутом eNOS. (A) Сагиттальный разрез коры почек 14-дневной мыши, окрашенной апоптагом (метка ника-конца дигоксигенин-дезоксиуридина, опосредованная концевой дезоксинуклеотидилтрансферазой). Присутствует дискретный клин выборочно окрашенной ткани. (B) Апоптоз в дегенерирующей зоне.Хотя в клубочке отсутствует какое-либо окрашивание, соседний проксимальный каналец (на серийных срезах показано, что он непрерывен с клубочком) содержит несколько апоптозных эпителиальных ядер (стрелки). (C) Почка взрослой мыши с рубцом на левой стороне. (D) Полутонический пластический разрез через рубец, демонстрирующий сгруппированные небольшие атубулярные клубочки, встроенные в комплекс микрососудов, интерстициальных клеток и фрагментированных остатков канальцев. (E и F) Ткань почек взрослой мыши, окрашенная молекулой-1 адгезии тромбоцитов к эндотелиальным клеткам, для идентификации эндотелия сосудов.(E) Срез атубулярного рубца, показывающий профили кровеносных сосудов, сконцентрированные в виде клубочковых капилляров (GC) и интерстициальных сосудов (V). (F) Разрез смежной нормальной почечной паренхимы, показывающий расстояние клубочков между канальцами. 44 Бар = 500 мкм в А; 25 мкм в B; 2 мм в C; 100 мкм в D; 100 мкм в E и F.
44
Цитопротекторный фермент гемоксигеназа-1 (НО-1) находится в основном в проксимальных канальцах, 45 , клетки которых в большей степени зависят от НО-1 для защиты от вредных стимулов, чем другие почечные клетки. 46 Хроническая односторонняя обструкция мочеточника (UUO) также стимулирует избирательную экспрессию в проксимальных канальцах TGF-β1, цитокина, который способствует апоптозу и переходу от эпителия к мезенхиме. 47 Таким образом, имеющиеся данные позволяют предположить, что гипоксическое или оксидантное повреждение почек, скорее всего, нацелено на проксимальный каналец, вызывая ответ, опосредованный ограниченной резистентностью к воспалению, апоптозу или переходу эпителия в мезенхиму. Эти факторы способствуют тому, что предпочтительное место гломерулотубулярного разъединения находится в проксимальном канальце.
ГЛОМЕРУЛЯРНЫЕ НАРУШЕНИЯ
Стеноз гломерулотубулярного соединения был зарегистрирован у пациентов с IgA-нефропатией и связан с образованием атубулярных клубочков и прогрессированием перигломерулярного фиброза.
48 У младенцев с врожденным нефротическим синдромом с возрастом увеличивается количество атубулярных клубочков в результате прогрессирующего и массивного гломерулотубулярного разъединения. 49 Вероятно, что тяжелая протеинурия, начинающаяся во время жизни плода, ускоряет этот процесс по сравнению с разъединением, происходящим в зрелых клубочках. 49 Об образовании атубулярных клубочков также сообщалось при диабете с заметным увеличением аномалий гломерулотубулярных соединений у пациентов с протеинурией. 50,51 Аномалии гломерулотубулярного соединения были описаны у пациентов с мембранозной нефропатией с гломерулярными «поражениями на концах». 52 Эти поражения клубочкового пучка напротив гломерулотубулярного соединения связаны с множеством протеинурических состояний, включая ФСГС. 52,53 Повреждение кончика было индуцировано на крысиной модели нефрита антигломерулярной базальной мембраны (анти-GBM), связанного с локализованным воспалительным инфильтратом, пролапсом набухших подоцитов в проксимальный каналец и образованием спаек.
между GBM и капсулой Боумена. 54 У крыс с анти-GBM нефритом или почечной абляцией гломерулярные клетки претерпевают переход от эпителия к миофибробластам в процессе эволюции клубочковых полумесяцев; они связаны с локальным развитием столбчатого эпителия на кончике клубочка. 55 Kriz и соавторы 56,57 подчеркнули важность распространения белковых полумесяцев на внешнюю сторону проксимального канальца в гломерулотубулярном соединении, что приводит к его сужению и образованию атубулярных клубочков.
Заболевания канальцев
У крыс с удалением почек повреждение канальцев, приводящее к разрыву клубочков, вызывает потерю функции остаточного нефрона до того, как гломерулосклероз прогрессирует. 58 Через шесть месяцев после удаления почки атубулярные клубочки с открытыми капиллярными петлями более многочисленны, чем глобально склеротические клубочки, что позволяет предположить, что повреждение канальцев предшествует потере клубочков.
58
Пиелонефрит
В микродиссекционном исследовании почечной недостаточности человека Fetterman 59 описал дивертикулы вдоль канальцев у пациентов с пиелонефритом и с врожденными заболеваниями почек. Проксимальные канальцы поражаются в 88% случаев, только проксимальные канальцы — в 55% и только дистальные канальцы — только в 9%. 59 Атубулярные клубочки часто встречаются при пиелонефрите почек, которые характеризуются уменьшенным объемом клубочков и проксимальных канальцев. 60 Избирательное разрушение проксимального канальца также было продемонстрировано при экспериментальном пиелонефрите. 61,62
Обструктивная нефропатия
Наличие атубулярных клубочков при обструктивной нефропатии впервые было описано у собак, подвергшихся УНП; эти клубочки перфузируются, но не фильтруются. 63 Было обнаружено, что у детей с обструктивной нефропатией или рефлюкс-нефропатией атубулярные клубочки содержат иммунореактивный ренин, который может способствовать развитию артериальной гипертензии у этих пациентов.
64 В недавнем исследовании 61 ребенка, перенесшего пиелопластику по поводу обструкции лоханочно-мочеточникового перехода, выяснилось, что повышенная плотность клубочков и уменьшенное соотношение размеров проксимального и дистального отделов являются коррелятами тяжести обструкции и послеоперационного функционального снижения. 65 Подобно случаю обструктивной нефропатии человека, 66 обструкция мочеточника у свиньи также приводит к укорочению проксимальных канальцев и уменьшению объема проксимальных канальцев, и этому предшествует уменьшение митохондрий и площади поверхности базолатеральных мембран. 67,68
Апоптоз присутствует у плодов человека и младенцев с обструкцией нижних мочевых путей. 69,70 Тубулярный апоптоз и небольшие переполненные клубочки обнаруживаются также в почках новорожденных мышей, подвергшихся хроническому частичному UUO. 71 В этой модели атубулярные клубочки были легко идентифицированы по отсутствию окрашивающих лектин столбчатых париетальных эпителиальных клеток, которые обычно простираются от проксимального канальца до капсулы Боумена у этого вида (рис.
6, A и B). 71 Исследования микродиссекции почек у детей с обструктивной уропатией выявляют «бусинки» или сегментацию и дивертикулы вдоль начальной длины проксимального канальца (рис. 7). 72 Вероятно, что прогрессирование сегментации проксимальных канальцев приводит к фрагментации канальцев, как показано у новорожденных мышей, подвергшихся частичному UUO (рис. 6, C – E). 71 Закупорка отдельных нефронов вызывает потерю микроворсинок эпителиальных клеток проксимальных канальцев с уменьшением митохондрий клеток и базолатеральных пересечений. 73 Примечательно, что обструкция канальцев играет роль в прогрессировании поликистоза почек у крыс. 74 Нефроны у этих животных развивают сужение клубочков, при этом 50% клубочков становятся атубулярными. 75
Почки мышей, подвергнутых частичному UUO. (A и B) Наборы серийных срезов от 21-дневных мышей, окрашенных лектином Lotus tetragonolobus для идентификации эпителия проксимальных канальцев.
(A) Последовательные срезы клубочка неповрежденной контралатеральной почки, демонстрирующие непрерывность окрашенных лектином клеток капсулы Боумена с проксимальным канальцем (лектиновая положительность присутствует в клубочках во всех срезах).(B) Срезы клубочков почек после снятия 5-дневной ипсилатеральной частичной обструкции мочеточника. Хотя лектин-положительные профили появляются в этом регионе, ни один из них не связан с клубочками, которые меньше, чем их лектин-положительные аналоги в A, что указывает на то, что такие клубочки нетубулярные. (C и D) Срезы постоянно закупоренной почки у 42-дневной мыши. (C) Атрофический проксимальный каналец деформирован, с извилистым просветом различного диаметра и атубулярным клубочком (G).(D) Проксимальные трубчатые остатки присутствуют рядом с атубулярным клубочком (G), и густо окрашивающий материал заполняет их просветные полости, указывая на то, что канальцы сморщились и подверглись фрагментации. (E) Предлагаемая схема формирования атубулярных клубочков.
(1) В клубочках мыши столбчатые эпителиальные клетки простираются от проксимального извитого канальца (ПКТ) на париетальную поверхность капсулы Боумена. (2) Вследствие частичного UUO, апоптотические ядра появляются в гломерулотубулярном соединении, что приводит к утолщению базальной мембраны (между маленькими стрелками) и заметному истончению диаметра канальцев.(3–5) ПКТ отключается от клубочка и продолжает дегенерировать. 71 Полоса = 100 мкм в B и применима ко всем 10 панелям в A и B; 25 мкм в D и относится как к C, так и к D. 71
Два микродиссектированных клубочка и проксимальные извитые канальцы из почек 17-летнего пациента с обструктивной уропатией. Слева — множественные дивертикулы проксимального канальца, справа — «бусинчатая» сегментация канальца. Такая сегментация, по-видимому, является процессом образования изолированных слепых остаточных трубчатых сегментов. 72
Токсическая нефропатия
У новорожденных крыс, подвергшихся длительному введению лития, большинство клубочков становятся атубулярными.
76 Существует значительная корреляция между снижением СКФ и долей атубулярных клубочков. 76 Аналогичная корреляция была показана для экспериментальной цисплатиновой и адриамициновой нефропатии. 77,78 Как обсуждалось, повышенная восприимчивость проксимального канальца к окислительному повреждению может играть важную роль в этом процессе. 46
ВЫВОДЫ
В дополнение к описанию образования атубулярных клубочков в пораженных почках человека, Оливер был заинтригован своим наблюдением явно гипертрофированных агломерулярных канальцев и их сходства с таковыми у папаши скульпина ( Myoxocephalus scorpius ). Эта рыба начинает жизнь с почками, содержащими клубочки, но по мере созревания происходит прогрессирующее разрушение клубочковидного соединения с образованием атубулярных клубочков и агломерулярных канальцев (рис. 8). 79 В своей монографии От рыбы до философа Смит 80 рассмотрел эволюционное давление, которое оказывает морская рыба на сокращение клубочковой фильтрации, тем самым объясняя наличие агломерулярных канальцев у ряда видов.
Оливер 2 предположил, что гипертрофированные агломерулярные канальцы при почечной недостаточности человека могут представлять собой попытку адаптации к потере нефронов за счет усиления канальцевой секреции, но этого недостаточно для поддержания жизни: «Что преобразование почки человека из-за болезни никогда не может достигнуть Состояние завершенности, характеризующее инволюционный процесс у рыб, легко понять, поскольку у человека нет ни одного из тех вспомогательных механизмов выделения, которые свойственны водным формам.Таким образом, он умирает до того, как его почка становится агломерулярной, как, возможно, и рыба, если бы у нее не было жабр, помогающих в выведении.
Микродиссекции нефронов от Myoxocephalus scorpius , рыбы с клубочками и агломерулярными канальцами. Слева — клубочек с сужающимся проксимальным канальцем, оканчивающимся слепо (атубулярный клубок). Справа — агломерулярный каналец той же рыбы. 79
Независимо от того, возникло ли гломерулотубулярное разъединение как адаптация к почечному повреждению, в конечном итоге это, по-видимому, неадаптивный ответ , который способствует прогрессированию почечной недостаточности на суше./three-green-yarn-balls-543770944-5873a4be3df78c17b6b32ea1.jpg)
Корреляция СКФ с целостностью клубочков 42,76–78 и улучшением функции почек с сохранением непрерывности клубочков при экспериментальных нарушениях функции почек 14,15 согласуется с этой предпосылкой.
Имеются убедительные доказательства того, что проксимальный каналец особенно уязвим для различных форм повреждений (рис. 9). Медиаторы и модуляторы повреждения — это те, которые приписываются наиболее прогрессирующему повреждению почек, включая воспаление, гибель клеток, клеточный фенотипический переход и фиброз.Необходимо разработать новые подходы для изучения механизмов, лежащих в основе гломерулотубулярного разъединения, и они должны привести к новым методам лечения, которые предотвратят развитие этого процесса.
Рисунок 9. Медиаторы и модуляторы гломерулотубулярной разрывной связи. Гломерулярная «шейка» (заштрихована) особенно уязвима для травм от стрессоров или токсинов (стрелки). Факторы выживания, которые противодействуют стрессорам, могут защитить канальцы (Т-образные линии).
При гломерулярных заболеваниях происходит повреждение шейки клубочка в результате повреждения, вызванного протеинурией.Тубулоинтерстициальные расстройства повреждают шейку клубочка за счет накопления воспалительных клеток и выработки цитокинов, которые активируют стрессоры.
- © 2008 Американское общество нефрологов
ССЫЛКИ
- ↵
Эдди А.А., Нейлсон Э.Г .: Прогрессирование хронической болезни почек. J Am Soc Nephrol 17: 2964 –2966, 2006
- ↵
Оливер Дж., Луэй А.Б.: Пластические исследования аномальной почечной архитектуры.Арка Патол 19: 1–23, 1935
- ↵
Брикер Н.С., Моррин П.А., Кайм С.В.: Патологическая физиология хронической болезни Брайта: изложение «гипотезы неповрежденного нефрона». Am J Med 28: 77–98, 1960
- ↵
Brenner BM, Meyer TW, Hostetter TH: Потребление диетического белка и прогрессирующая природа заболевания почек: роль гемодинамически опосредованного повреждения клубочков в патогенезе прогрессирующего гломерулярного склероза при старении, абляции почек и внутреннем заболевании почек.
N Engl J Med 307: 652–659, 1982 - ↵
Marcussen N: атубулярные клубочки и структурная основа хронической почечной недостаточности. Lab Invest 66: 265–284, 1992
Marcussen N: атубулярные клубочки при хронической почечной недостаточности. Курр Топ Патол 88: 145–174, 1995
- ↵
Marcussen N: Тубулоинтерстициальное повреждение ведет к атубулярным клубочкам: значение и возможная роль в прогрессировании.Трансплантат Nephrol Dial 15 [Дополнение 6]: 74–75, 2000
- ↵
Линдоп Г.Б., Гибсон И.В., Дауни Т.Т., Васс Д., Коэн Е.П.: Гломеруло-трубчатое соединение: мишень при почечных заболеваниях. J Pathol 197: 1–3, 2002
- ↵
Дармади Е.М., Демпстер В.Дж., Странак Ф .: Эволюция интерстициальных и канальцевых изменений в гомотрансплантированных почках.
J Pathol Bacteriol 70: 225 –231, 1955 - ↵
Ли SJ, Хоуи AJ: Изменения клубочково-трубчатого соединения при трансплантации почек.J Pathol 156: 311 –318, 1988
- ↵
Пагталунан М.Э., Обербауэр Р., Хаас М., Барлан М., Майер Дж., Олсон Дж. Л., Мейер Т.В.: атубулярные клубочки у пациентов с хроническим отторжением аллотрансплантата. Трансплантация 61: 1166–1171, 1996
- ↵
Гибсон И. В., Дауни Т. Т., Мор ИАР, Линдоп Г. Б.: Атубулярные клубочки и клубочковые кисты: возможный путь потери нефронов в почках человека? Дж. Патол 179: 421–426, 1996
- ↵
Коэн Е.П., Роббинс М.Э., Уайтхаус Э, Хоупвелл Дж.В.: Стеноз шейки канальцев: возможный механизм прогрессирующей почечной недостаточности.J Lab Clin Med 129: 567 –573, 1997
- ↵
Коэн Е.
П., Регнер К., Фиш Б.Л., Моулдер Дж. Э .: Стеноз гломерулотубулярных шейок при лучевой нефропатии. Дж. Патол 190: 484–488, 2000 - ↵
Benigni A, Gagliardini E, Remuzzi A, Corna D, Remuzzi G: Ингибирование ангиотензинпревращающего фермента предотвращает разъединение клубочков и атрофию при пассивном нефрите Хеймана, эффект, не наблюдаемый при использовании антагонистов кальция.Am J Pathol 159: 1743–1750, 2001
- ↵
Феттерман Г. Х., Фабрицио Н. С.: Применение микродиссекции почек для изучения заболеваний почек в младенчестве и детстве. Clin Pediatr (Phila) 5: 626–634, 1966
- ↵
Mahoney CP, Striker GE, Mahoney CP, Striker GE: Раннее развитие почечных поражений при инфантильном цистинозе. Педиатр Нефрол 15: 50–56, 2000
- ↵
Лаубе Г.Ф., Шах В., Стюарт В.К., Харгривз И.П.
, Хак М.Р., Хилес С.Дж., Вант-Хофф В.Г. Истощение глутатиона и увеличение скорости апоптоза цистинотических проксимальных канальцев человека.Педиатр Нефрол 21: 503–509, 2006 - ↵
Park MA, Pejovic V, Kerisit KG, Junius S, Thoene JG: Повышенный апоптоз в цистинотических фибробластах и эпителиальных клетках проксимальных канальцев почек является результатом цистеинилирования протеинкиназы c-дельта. J Am Soc Nephrol 17: 3167 –3175, 2006
- ↵
Park M, Helip-Wooley A, Thoene J: Накопление цистина в лизосомах увеличивает апоптоз в культивируемых фибробластах человека и эпителиальных клетках почечных канальцев.J Am Soc Nephrol 13: 2878–2887, 2002
- ↵
Ли С.Дж., Спарк Дж., Хауи А.Дж .: Гломерулотубулярный переход у млекопитающих изучен с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. J Anat 182: 177–185, 1993
- ↵
Crabtree C: Структура капсулы Боумена как показатель возрастных и половых вариаций у нормальных мышей.
Анат Рек. 79: 395–413, 1941 - ↵
Crabtree CE: Структура капсулы Боумена у мышей-самцов, обработанных кастратом и тестостероном, как показатель гормонального воздействия на кору почек.Эндокринология 29: 197–203, 1941
- ↵
Эшенбреннер А.Б., Миллер Э. Половые различия в морфологии почек и хлороформный некроз. Наука 102: 302–303, 1945
- ↵
Neugarten J, Acharya A, Silbiger SR: Влияние пола на прогрессирование недиабтической болезни почек: метаанализ. J Am Soc Nephrol 11: 319–329, 2000
- ↵
Schonheyder HC, Maunsbach AB: Ультраструктура специализированной области шеи в нефроне кролика.Почки Int 7: 145–153, 1975
- ↵
Howie AJ: Антиген эпителиальной мембраны в нормальных и протеинурических клубочках и в поврежденных проксимальных канальцах.
Дж. Патол 148: 55–60, 1986 - ↵
Gaffney EF: Выраженный париетальный эпителий: частый признак поражения почечных клубочков. Хум Патол 13: 651–660, 1982
- ↵
Haensly WE: Метаплазия париетального слоя капсулы Боумена в почках человека: частота алкогольной болезни печени и гипертонии.Histol Histopathol 3: 235–240, 1988
- ↵
Andrews PM: Присутствие проксимальных канальцевидных клеток в париетальном эпителии почки в ответ на одностороннюю нефрэктомию. Анат Рек 200: 61–65, 1981
- ↵
Haensly WE, Granger HJ, Morris AC, Cioffe C: Проксимальный канальцевидный эпителий в капсуле Боумена у крыс со спонтанной гипертензией. Am J Pathol 107: 92–97, 1982
- ↵
Marcussen N: атубулярные клубочки при стенозе почечной артерии.Lab Invest 65: 558–565, 1991
- ↵
Загер Р.
А.: Восприимчивость проксимального трубчатого края кисти к острой обструктивной травме. J Urol 127: 383–386, 1982 - ↵
Lieberthal W, Menza SA, Levine JS: Постепенное истощение АТФ может вызвать некроз или апоптоз культивируемых клеток проксимальных канальцев мыши. Am J Physiol 274: F315 –F327, 1998
- ↵
Freeburg PB, Abrahamson DR: расходящиеся паттерны экспрессии гипоксии-индуцируемого фактора-1beta и ядерного переносчика-2 рецептора арилуглеводородов в развивающихся почках.J Am Soc Nephrol 15: 2569 –2578, 2004
- ↵
Tanaka T, Hanafusa N, Ingelfinger JR, Ohse T, Fujita T, Nangaku M: Гипоксия вызывает апоптоз в иммортализованных SV 40 клетках проксимальных канальцев крысы через митохондриальные пути, лишенные HIF1-опосредованной активации Bax. Biochem Biophys Res Commun 309: 222–231, 2003
- ↵
Chien CT, Lee P-H, Chen C-F, Ma M-C, Lai M-K, Hsu S-M: De novo демонстрация и совместная локализация продукции свободных радикалов и образования апоптоза в почках крыс, подвергшихся ишемии / реперфузии.
J Am Soc Nephrol 12: 973–982, 2001 - ↵
Гупта А., Нигам Д., Шукла Г.С., Агарвал А.К .: Профиль генерации активных форм кислорода и антиоксидантные механизмы в почках созревающих крыс. J Appl Toxicol 19: 55–59, 1999
- ↵
Brezniceanu M-L, Лю Ф., Вэй C-C, Тран С., Сачетели С., Чжан С.-Л, Го Д-Ф, Филеп Дж. Г., Ингельфингер Дж. Р., Чан Дж. С. Сверхэкспрессия каталазы снижает экспрессию ангиотензиногена и апоптоз у мышей с диабетом.Почки Инт 71: 912–923, 2007
- ↵
Кияма С., Йошиока Т., Бурр И.М., Кон В., Фого А., Итикава I. Стратегический локус для активации гена супероксиддисмутазы в нефроне. Почки Инт 47: 536–546, 1995
- ↵
Gobe G, Zhang X-J, Cuttle L, Pat B, Willgoss D, Hancock J, Barnard R, Endre Z: гены Bcl-2 и факторы роста в патологии ишемической острой почечной недостаточности.
Immunol Cell Biol 77: 279–286, 1999 - ↵
Пагталунан М.Э., Олсон Дж. Л., Тилни Н. Л., Мейер Т.В.: Поздние последствия острого ишемического повреждения единственной почки. J Am Soc Nephrol 10: 366 –373, 1999
- ↵
Пагталунан М.Э., Олсон Дж. Л., Мейер Т.В.: Вклад ангиотензина II в позднее повреждение почек после острой ишемии. J Am Soc Nephrol 11: 1278 –1286, 2000
- ↵
Forbes MS, Thornhill BA, Park MH, Chevalier RL: Недостаток эндотелиальной синтазы оксида азота приводит к прогрессирующему очаговому повреждению почек.Am J Pathol 170: 87–99, 2007
- ↵
Да Силва Дж. Л., Занд Б. А., Янг Л. М., Сабави Х. Э., Лианос Е., Абрахам Н. Г.: Экспрессия и распределение изоформы гемоксигеназы в почках крысы. Почки Инт 59: 1448–1457, 2001
- ↵
Yang Y, Ohta K, Shimizu M, Morimoto K, Goto C, Nakai A, Toma T, Kasahara Y, Yachie A, Seki H, Koizumi S: Селективная защита эпителиальных клеток почечных канальцев гемоксигеназой (HO) -1 при травмах, вызванных стрессом.
Почки Int 64: 1302–1309, 2003 - ↵
Фукуда К., Йошитоми К., Янагида Т., Токумото М., Хираката Х: Количественное определение мРНК TGF-β1 вдоль нефрона крысы при обструктивной нефропатии. Am J Physiol 281: F513 –F521, 2001
- ↵
Сато М., Хотта О., Тагума Y: Стеноз гломеруло-тубулярного соединения как фактор, способствующий устареванию клубочков при нефропатии IgA. J Pathol 197: 14–19, 2002
- ↵
Ватс А.Н., Костелло Б., Мауэр М.: Структурные факторы клубочков в прогрессировании врожденного нефротического синдрома.Педиатр Нефрол 18: 234–240, 2003
- ↵
Наджафиан Б., Ким И., Кроссон Дж. Т., Мауэр М.: аномалии атубулярных клубочков и клубочковолокнистых соединений при диабетической нефропатии. J Am Soc Nephrol 14: 908–917, 2003
- ↵
Наджафиан Б.
, Кроссон Дж. Т., Ким И., Мауэр М.: Аномалии гломерулотубулярного соединения связаны с протеинурией при диабете I типа. J Am Soc Nephrol 17 [Дополнение]: S53 –S60, 2006 - ↵
Howie AJ: Изменения на кончике клубочка: признак мембранозной нефропатии и других заболеваний, связанных с протеинурией.J Pathol 150: 13–20, 1986
- ↵
Howie AJ, Pankhurst T, Sarioglu S, Turhan N, Adu D: Эволюция нефротически связанного фокального сегментарного гломерулосклероза и связь с поражением кончика клубочка. Почки Инт 67: 987–1001, 2005
- ↵
Howie AJ, Lee SJ, Sparke J: Патогенез сегментарных гломерулярных изменений в канальцевом происхождении, как при поражении кончика клубочка. Дж. Патол 177: 191–199, 1995
- ↵
Ng YY, Fan JM, Mu W, Nikolic-Paterson DJ, Yang WC, Huang TP, Atkins RC, Lan HY: Трансдифференцировка клубочкового эпителия и миофибробластов в эволюции формирования серповидных клубочков.
Трансплантация циферблата нефрола 14: 2860 –2872, 1999 - ↵
Kriz W, Hosser H, Hahnel B, Gretz N, Provoost AP: От сегментарного гломерулосклероза до полной дегенерации нефронов и интерстициального фиброза: гистопатологическое исследование на моделях крыс и гломерулопатиях человека. Трансплантат Nephrol Dial 13: 2781–2798, 1998
- ↵
Kriz W, LeHir M: Пути к потере нефронов, начиная с гломерулярных заболеваний: выводы на животных моделях.Почки Инт 67: 404–419, 2005
- ↵
Ганди М., Олсон Дж. Л., Мейер Т. В.: Вклад травмы канальцев в потерю остаточной функции почек. Почки Int 54: 1157–1165, 1998
- ↵
Fetterman G: Микродиссекция в исследовании нормальной и патологической структуры и функции почек. Патол Энн 5: 173–206, 1970
- ↵
Маркуссен Н.
, Олсен Т.С.: Атубулярные клубочки у пациентов с хроническим пиелонефритом.Lab Invest 62: 467–473, 1990 - ↵
Шимамура Т., Хептинстолл RH: Экспериментальный пиелонефрит: расслоение нефрона почки экспериментального хронического пиелонефрита у кролика. J Pathol Bacteriol 85: 421–423, 1963
- ↵
Heptinstall RH, Kissane JM, Still JS: Experimental пиелонефрит. Bull Johns Hopkins Hosp 112: 299–311, 1963
- ↵
Дамадиан Р.В., Швайри Э., Брикер Н.С.: О существовании нефронов, не образующих мочу, в пораженной почке собаки.J Lab Clin Med 65: 26–39, 1965
- ↵
Конда Р., Орикаса С., Сакаи К., Ота С., Кимура Н.: Распределение ренин-содержащих клеток в почечных почках. Дж. Урол 156: 1450–1454, 1996
- ↵
Huang WY, Peters CA, Zurakowski D, Borer JG, Diamond DA, Bauer SB, McLellan DL, Rosen S: Биопсия почек при врожденной обструкции лоханочно-мочеточникового перехода: доказательства паренхиматозного недоразвития.
Почки Инт 69: 137–143, 2006 - ↵
Moller JC, Skriver E: Количественная ультраструктура проксимальных канальцев человека и кортикального интерстиция при хронической почечной недостаточности (гидронефрозе). Арка Вирхова [A] 406: 389 –406, 1985
- ↵
Moller JC: Изменения размеров проксимальных канальцев и кортикальных капилляров при хронической обструктивной болезни почек. Арка Вирхова [A] 410: 153–158, 1986
- ↵
Moller JC, Jorgensen TM, Mortensen J: Проксимальная тубулярная атрофия: качественные и количественные структурные изменения при хронической обструктивной нефропатии у свиней.Cell Tissue Res 244: 479–491, 1986
- ↵
Poucell-Hatton S, Huang M, Bannykh S, Benirschke K, Masliah E: Обструктивная уропатия плода: закономерности почечной патологии. Педиатр Дев Патол 3: 223–231, 2000
- ↵
Winyard PJ, Nauta J, Lirenman DS, Hardman P, Sams VR, Risdon RA, Woolf AS: Дерегуляция выживаемости клеток при кистозном и диспластическом развитии почек.
Почки Инт 49: 135–146, 1996 - ↵
Thornhill BA, Forbes MS, Marcinko ES, Chevalier RL: гломерулотубулярное разъединение у новорожденных мышей после купирования частичной обструкции мочеточника.Почки Int 72: 1103–1112, 2007
- ↵
Garcia CH, Krueger K, Landing BH, Wells TR: Микродиссекция поражения эндокринной почки у детей. Pediatr Pathol 5: 45–54, 1986
- ↵
Таннер Г.А., Эван А.П.: Морфология клубочков и проксимальных канальцев после обструкции одного нефрона. Почки Int 36: 1050–1060, 1989
- ↵
Таннер Г.А., Гретц Н., Коннорс Б.А., Эван А.П., Стейнхаузен М.: Роль обструкции в аутосомно-доминантной поликистозной болезни почек у крыс.Почки Int 50: 873–886, 1996
- ↵
Таннер Г.А., Тилкер М.А., Коннорс Б.А., Филлипс С.
Л., Таннер Дж.А., Эван А.П.: атубулярные клубочки в модели поликистоза почек на крысах. Почки Инт 62: 1947–1957, 2002 - ↵
Маркуссен Н., Оттосен П.Д., Кристенсен С., Олсен Т.С.: Тубулярные клубочки при хронической нефропатии, вызванной литием, у крыс. Lab Invest 61: 295–302, 1989
- ↵
Маркуссен N: атубулярные клубочки при хронической интерстициальной нефропатии, вызванной цисплатином.APMIS 98: 1087 –1097, 1990
- ↵
Javaid B, Olson JL, Meyer TW: Гломерулярное повреждение и потеря канальцев при адриамициновом нефрозе. J Am Soc Nephrol 12: 1391–1400, 2001
- ↵
Граффлин А.Л.: Дегенерация клубочков в почке папы скулпина (Myoxocephalus scorpius). Анат Рек. 57: 59 –78, 1933
- ↵
Смит HW: От рыбы до философа, Гарден-Сити, Нью-Йорк: Anchor Books, Doubleday & Co.
, Inc., 1961
N Engl J Med 307: 652–659, 1982 
J Pathol Bacteriol 70: 225 –231, 1955 
П., Регнер К., Фиш Б.Л., Моулдер Дж. Э .: Стеноз гломерулотубулярных шейок при лучевой нефропатии. Дж. Патол 190: 484–488, 2000 
, Хак М.Р., Хилес С.Дж., Вант-Хофф В.Г. Истощение глутатиона и увеличение скорости апоптоза цистинотических проксимальных канальцев человека.Педиатр Нефрол 21: 503–509, 2006 
Анат Рек. 79: 395–413, 1941 
Дж. Патол 148: 55–60, 1986 
А.: Восприимчивость проксимального трубчатого края кисти к острой обструктивной травме. J Urol 127: 383–386, 1982 
J Am Soc Nephrol 12: 973–982, 2001 
Immunol Cell Biol 77: 279–286, 1999 
Почки Int 64: 1302–1309, 2003 
, Кроссон Дж. Т., Ким И., Мауэр М.: Аномалии гломерулотубулярного соединения связаны с протеинурией при диабете I типа. J Am Soc Nephrol 17 [Дополнение]: S53 –S60, 2006 
Трансплантация циферблата нефрола 14: 2860 –2872, 1999 
Почки Инт 69: 137–143, 2006 
Почки Инт 49: 135–146, 1996 
Л., Таннер Дж.А., Эван А.П.: атубулярные клубочки в модели поликистоза почек на крысах. Почки Инт 62: 1947–1957, 2002 
, Inc., 1961 Региональные сверточные нейронные сети для локализации клубочков в окрашенных трихромом срезах всей почки
Резюме
Предпосылки Гистологическое исследование фиксированной почечной ткани широко используется для оценки морфологии и прогрессирования заболевания. Обычно регистрируемые показатели включают количество клубочков и травму. Однако характеристика гистологии почек — это трудоемкий и зависимый от пользователя процесс. Чтобы ускорить и улучшить этот процесс, мы разработали конвейер локализации клубочков для окрашенных трихромом срезов почек с использованием алгоритма классификации изображений машинного обучения.
Методы Мы приготовили 4- мкм мкм срезов почек крыс с различным генетическим прошлым, которые были подвергнуты различным экспериментальным протоколам, и поместили срезы на предметные стекла. Все срезы, использованные в этом анализе, были окрашены трихромом и отображены в ярком поле с минимальным разрешением 0,92 мкм м на пиксель.
Наборы данных для обучения и тестирования для алгоритма включали 74 и 13 целых почечных отделов, соответственно, всего более 28000 клубочков, локализованных вручную.Кроме того, поскольку этот локализатор в конечном итоге будет использоваться для автоматической оценки повреждения клубочков, мы оценили смещение локализатора для преимущественной идентификации здоровых или поврежденных клубочков.
Результаты Локализатор показал среднюю точность и отзывчивость 96,94% и 96,79%, соответственно, на целых срезах почек без признаков смещения за или против повреждения клубочков или необходимости ручной предварительной обработки.
Выводы Это исследование представляет новое и надежное применение сверточных нейронных сетей для локализации клубочков в здоровых и поврежденных образцах целых почечных срезов, окрашенных трихромом, и закладывает основу для автоматизированной оценки повреждений клубочков.
Почечный клубок, расположенный на проксимальном конце нефрона, является местом основной фильтрации крови в канальцевую жидкость.
Прогрессирующее повреждение клубочков происходит при многих болезненных состояниях, включая диабет, 1 гипертонию, 2,3 и ХБП. 4 При изучении прогрессирования заболевания и его последствий индексы повреждения клубочков служат мощным инструментом для оценки функции и повреждения почек. Однако из-за количества нефронов в почке (примерно 30 000 у крыс 5 и примерно 1 миллион у людей 6 ) оценка повреждения клубочков представляет собой сложную задачу, чреватую проблемами, связанными с количеством образцов и вариабельностью между и внутри наблюдателя. .С целью снижения этого бремени, увеличения размеров выборки и сведения к минимуму вариабельности наблюдателя в этой статье подробно описывается полная автоматизация локализации клубочков в образцах почек крыс и человека, тем самым закладывая основу для автоматизированной оценки повреждений клубочков.
Предыдущие исследования в нашем и других отделах использовали индекс повреждения клубочков в качестве полуколичественного показателя 7–9 общего повреждения клубочков на моделях крыс.
Этот индекс, как описано Raij et al., 10 стремится количественно измерить GN, включая мезангиальное расширение, площадь просвета открытых капилляров и фиброз. С тех пор этот метод был преобразован в скалярную метрику для количественной оценки повреждения клубочков по шкале от нуля до четырех (от здорового до тяжелого повреждения). Для типичного исследования фиксированные формалином почки заделывают парафином и разрезают на срезы толщиной 4- мкм и м по короткой или длинной оси почки. Окрашивание трихромом Gömöri или Masson улучшает цитоплазматические свойства ткани, а также фиброз, важный маркер повреждения.Для 100–500 клубочков, которые можно наблюдать в одном срезе, обычной практикой является ручной выбор и оценка случайной выборки из 60 кортикальных и 30 юкстамедуллярных клубочков для данной биологической реплики. 7–9 Хотя эти методы обеспечивают адекватный размер выборки для определения групповых различий, они требуют много времени, изменчивы и не учитывают пространственные отношения между клубочками.
Недавно были предприняты попытки автоматизировать аспекты количественной оценки повреждений клубочков.Sarder et al. 11 и совсем недавно Ginley et al. 12 описал неконтролируемый полуавтоматический рабочий процесс для локализации и сегментации гломерулярных особенностей. Хотя их внимание было сосредоточено на сегментации признаков, связанных с клубочками (пространство Боумена, просвет капилляров, и т.д. ), они также описали схему цветовой нормализации и размытия по Гауссу для выбора кандидатов в клубочки. Даже при ограниченном размере выборки (15 полей со 148 клубочками) точность локализации составила 87%, хотя степень повреждения клубочков не сообщалась.Кроме того, их анализ моделировал поля биопсии почек, и поэтому невозможно было определить надежность этого метода при применении к целым срезам почек, которые включают морфологически отличительный продолговатый мозг.
Также были предприняты усилия с использованием машинного обучения с учителем для идентификации клубочков.
13,14 Исследование Marée et al. 14 использовали 100 окрашенных трихромом почечных препаратов по Массону с 2927 клубочками и 13 648 негломерулярными структурами для обучения своего классификатора, и это было проверено на наборе данных аналогичного размера.Изображения в наборе данных были получены с помощью сканера Nanozoomer (Hamamatsu Photonics, Город Хамамацу, Япония). Метод достиг 95% точности и 81% запоминаемости в задаче бинарной классификации. Совсем недавно разработки в области обработки изображений позволили алгоритмам классификации изображений, в частности сверточным нейронным сетям (CNN), получить популярность при классификации наборов гистологических данных. 15,16 Pedraza et al. 13 недавно сообщил о первых успехах в использовании CNN для классификации «клубочков» от «фоновых» объектов класса с использованием трансферного обучения из предварительно обученной версии Alexnet. 17 Тем не менее, хотя эти методы могут различать изображения клубочков и «фоновой» ткани, ни один из них не учитывает локализацию клубочков в более крупной области ткани с множеством присутствующих клубочков, что ограничивает их полезность в автоматизированных рабочих процессах.
Локализация клубочков в почечной ткани — необходимый первый шаг в полной автоматизации таких рабочих процессов гистологического фенотипирования.
Чтобы устранить эти текущие ограничения, мы разработали локализатор клубочков, который состоит из двух последовательно расположенных классификаторов машинного обучения для автоматической идентификации клубочков внутри целых отделов почек.Первая стадия состоит из региональной сверточной нейронной сети (R-CNN) для номинирования клубочковых кандидатов в пределах широкоугольных изображений, а вторая стадия — это CNN для окончательной классификации номинированных кандидатов как «клубочков» или «фоновых». объекты. Результатом этого метода является локализатор, который можно использовать на целых срезах почек со средней точностью 96,94% и 80,2% и средним отзывом 96,79% и 81,67% для почек крысы и человека соответственно. Кроме того, в подгруппе почек крыс мы не демонстрируем никаких доказательств смещения локализатора повреждения клубочков.Кроме того, в качестве демонстрации варианта использования локализатора мы генерируем и исследуем профили глубины клубочков для набора генетически скрещенных и картированных гетерогенных популяций крыс. С помощью этих профилей мы предоставляем доказательства разделения профилей глубины клубочков между животными, которые могут быть использованы для выделения генетического локуса для кодирования глубины клубочков. Наконец, мы предоставляем исследователям инструменты для полуавтоматической оценки клубочков с использованием модифицированной шкалы Raij et al . 10 Эти методы позволяют описывать пространственные отношения между клубочками во всех отделах почек, полуавтоматический конвейер подсчета очков и средства для создания больших наборов данных для будущей автоматизации классификации травм.
Методы
Образцы
Набор обучающих данных состоит из целых срезов почек крысы из различных экспериментальных протоколов, не связанных с этим исследованием. Набор данных включает смесь почек, которые были либо промыты физиологическим раствором перед сбором, либо оставлены без изменений (22 промытых и 52 непромытых). По данным Solberg Woods et al , генетический фон образцов отличался и включал инбредных Dahl SS (SS / JrHsdMcwi), а также аутбредных гетерогенных животных.
18 Эти линии крыс, особенно гетерогенное поголовье с широким генетическим разнообразием, были выбраны для максимального увеличения разнообразия морфологии почек для обучения и тестирования.
Два набора почечной ткани, окрашенной по Массону, были исключены из обучающего набора данных для целей тестирования. Набор 1 включал 13 дополнительных почек крысы, а набор 2 включал шесть образцов цельной почечной ткани человека, включая как корковые, так и мозговые области. В разрезе почек обнаружены повреждения клубочков и канальцев различной степени.Все протоколы для животных были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию животных Медицинского колледжа Висконсина. Человеческая ткань была получена от деидентифицированных пациентов из Медицинского колледжа Висконсинского банка тканей.
Гистологическая подготовка и визуализация
Почки фиксировали в 10% формалине и сохраняли для пакетной обработки в зависимости от экспериментальной подготовки.
Для гистологического окрашивания почки заливали парафином, делали срезы размером 4 мкм и мкм и окрашивали трихромом Гемори или Массона.Визуализацию выполняли либо на автоматическом микроскопе Nikon Ni-E в красном, зеленом и синем цвете с разрешением 0,68 мкм, м на пиксель (20-кратный эквивалент), либо на нанозумере с извлеченными изображениями с разрешением 0,92 мкм м на пиксель (10-кратный эквивалент).
Гистологические срезы, используемые для измерения расстояния клубочка до поверхности, были взяты из срединных срезов. Это было сделано для контроля любых ошибок измерения, которые могли быть внесены из-за геометрии почки или угла среза.
Деконволюция цвета и виртуальное разделение пятен
Разделение пятен было достигнуто с помощью деконволюции цвета. 19 Цветовые базисные векторы были автоматически решены с использованием адаптации метода, описанного Macenko et al. 20 и реализовано в MATLAB 2017a (The Mathworks Inc.
, Натик, Массачусетс). Анализ главных компонентов проводился для каждого пикселя с использованием характеристик, описанных его OD, красным, зеленым и синим цветовым пространством, а также значениями цветового пространства оттенка, насыщенности и значений. Были нанесены первые две главные компоненты и найден угол по отношению к первому главному компоненту для каждого пикселя.Цветовые базисные векторы OD вычислялись под углом, охватывающим первый и 99-й процентили нанесенных на график наблюдений.
Деконволюция цвета была выполнена с использованием решенных базовых векторов цвета. Изображения интенсивности были созданы для компонентов «красного» и «синего» пятна. Затем было выполнено выравнивание гистограммы на извлеченном «красном» слое только над пикселями, относящимися к ткани, с удалением фона посредством маскирования. Эти разделенные пятнами и нормализованные изображения в градациях серого затем были сохранены для создания набора данных.
Создание набора данных наземной истины
С цветными деконволютивными и нормализованными изображениями в градациях серого «наземные» местоположения клубочков (золотой стандарт: оценивается обученным наблюдателем) в нашем анализе были определены вручную с помощью MATLAB Training Image Labeler.
Неперекрывающиеся сцены (1500 × 1500 пикселей) были получены для каждого целого отдела почек. Затем прямоугольные области, представляющие интерес, были нарисованы вокруг клубочков в пределах каждой сцены, за исключением областей с примерно 25% или менее видимой областью внутри поля (на границах изображения).В результате получился обучающий набор данных с 23 540 наблюдениями клубочков. Набор данных тестирования был создан путем ручной идентификации 5447 клубочков на подмножестве почек, исключенных из тренировки. Чтобы оценить смещение из-за травмы, ручная оценка клубочков проводилась одним наблюдателем на подмножестве почек крыс, включенных в наборы данных для обучения и тестирования (20 и три почки, соответственно).
CNN Design and Training
Два последовательно расположенных классификатора были внедрены для локализации клубочков в отделах почек.Структура CNN была основана на ранее описанном Alexnet 17 , модифицированном для приема изображений в градациях серого (227 × 227 пикселей) и прогнозирования входного изображения как «клубочка» или «фона».
Наконец, обучение началось с предварительно подготовленных весов из Alexnet, реализованных в MATLAB 2017a. Первый проход был обучен с использованием реализации MATLAB 2017a более быстрой RCNN 21 с полным набором обучающих данных со скоростью обучения 0,0001 примерно для 65 эпох (примерно 65000 итераций).Полностью обученный R-CNN был повторно запущен для всего набора обучающих данных, а полученные в результате предложения кандидатов были вручную отсортированы во вторичный обучающий набор данных. Порог вероятности, связанный с выходными данными R-CNN, был скорректирован для получения равного количества наблюдений «фоновых» и «клубочковых» классов. Затем базовый экземпляр нашей модифицированной архитектуры Alexnet был обучен на наборе данных вторичного обучения, который включал приблизительно 22 000 клубочков и приблизительно 22 000 фоновых изображений для CNN второго прохода.CNN была обучена с размером пакета из 10 000 изображений и скоростью обучения 0,0001 для 1200 эпох (6000 итераций) (дополнительные рисунки 1 и 2).
Результаты
Набор данных изображений и предварительная обработка
Целью этого рабочего процесса была автоматизация локализации клубочков для оценки повреждения и связанных фенотипов. Окрашивание трихромом, обычно используемое для оценки повреждения клубочков, усиливает тканевые / клеточные характеристики и фиброзные сигналы, но использование сигнала, связанного с повреждением, для локализации клубочков имеет высокий потенциал смещения локализатора.Чтобы уменьшить смещение из-за травмы и уменьшить дисперсию из-за окрашивания, изображения целых срезов почек перед локализацией прошли предварительную обработку и нормализацию.
Чтобы свести к минимуму сигналы, вызванные именно фиброзом, был реализован автоматизированный метод виртуального отделения пятен (методы). Короче говоря, используя большое количество наблюдений (пикселей) (рис. 1A), которые имеют различный вклад от двух разных пятен, можно извлечь сигнатуру пятна для каждого, которая описывает количество пятна 1 и пятна 2, связанных с данным пикселем.
Затем с использованием этих сигнатур была выполнена деконволюция цвета, в результате чего были получены отдельные изображения интенсивности, связанные с количеством каждого присутствующего пятна. В нашем рабочем процессе изображение в градациях серого, связанное с красным окрашиванием (цитоплазма) (рис. 1B), сохраняется для локализации, тогда как изображение, связанное с синим окрашиванием (фиброз) (рис. 1C), отбрасывается. Наконец, выравнивание гистограммы было выполнено на изображении в оттенках серого, связанном с красным пятном, для повышения контрастности. Полученные изображения подчеркивают характерную морфологию клубочков в виде темных точек у поверхности (рис. 1D).
Процесс нормализации цвета практически разделяет пятна для нормализации образцов ткани и уменьшения сигнала, связанного с фиброзом. (A) Векторы цветной деконволюции были извлечены из этого подмножества пикселей с использованием метода, адаптированного из Macenko и др. . 20 Чтобы сократить время вычислений, на большом изображении была выбрана небольшая область с «чистыми» примерами красного и синего окрашивания.
Векторы цветной деконволюции были решены для каждого почечного среза. (B и C) После деконволюции исходное изображение с цветовыми векторами, полученными из (A) виртуального разделения пятен, приблизило (B) вклад красного пятна от вклада синего пятна (C).(D) Используя только изображение в градациях серого, связанное с красным окрашиванием, выравнивание гистограммы было выполнено по срезу ткани, увеличивая контраст для обнаружения клубочков (темные точки вблизи поверхности).
Обучение и тестирование рабочего процесса локализации клубочков
Используя предварительно обработанные изображения, были созданы наборы данных для обучения и тестирования. Как указано в разделе «Методы», была реализована R-CNN, которая размещала контуры блоков вокруг кандидатов клубочков в визуализированном поле и присваивала вероятность принадлежности каждого кандидата к классу «клубочков» или «фон».”
Первоначальное обучение этой R-CNN было выполнено с использованием 72 целых срезов почек, обработанных в более мелкие неперекрывающиеся блоки.
Ограничивающие рамки для 23 540 клубочков были вручную определены человеком-наблюдателем в 4791 блоке. Примерно после 65000 итераций точность обучения составила в среднем 92,45%.
Затем полностью обученный R-CNN был повторно запущен на тех же 72 срезах почек из набора тренировок для локализации клубочков. Кандидаты клубочков от второго прохода были вручную разделены на два класса: «клубочки» и «фон».Вероятность включения для каждого гломерулярного кандидата была скорректирована для создания вторичного обучающего набора данных, состоящего из 44 122 наблюдений, поровну разделенных между «клубочками» и «фоновыми» классами. Это привело к вторичному набору обучающих данных, который был обогащен фоновыми примерами с высокой степенью ошибочной классификации, чтобы предоставить лучшие обучающие примеры. При обучении на вторичном наборе данных CNN достигла средней точности обучения 99,22%.
Затем было проведено тестирование полностью обученного ансамблевого классификатора.Набор тестовых данных был создан из 13 целых срезов почек, содержащих 5447 клубочков, где центральное расположение каждого клубочка было вручную аннотировано.
Истинно положительные результаты определялись перекрытием> 50% указанной области с областью размером 150 × 150 пикселей, центрированной над аннотированным вручную клубочком (голубые прямоугольники на рис. 2, A и C). Ложные срабатывания и ложноотрицательные результаты определялись аналогично (красные прямоугольники и пурпурные прямоугольники, соответственно, на рис. 2, А и С). Истинных негативов не зафиксировано. В редких случаях, когда клубочки появлялись в непосредственной близости (по оценкам, менее 1% наблюдений), классификатор ограничивал оба клубочка в одной и той же интересующей области.В этом случае наша метрика производительности будет представлять оба клубочка в том виде, в каком они были обнаружены; однако будет записана только одна ограничивающая рамка (наблюдение). Это потенциально может привести к расхождению между прогнозируемым количеством клубочков и истинным числом. Независимо от этого, точность и отзывчивость были оценены для полного локализатора путем настройки одного порогового параметра (Рисунок 2B [крыса] и Рисунок 2D [человек]), что привело к средней точности и отзыву 96,94% и 96,79%, соответственно, для крысы ( Рис.
2В, вставка) и средней точности и отзыва 80.2% и 81,67%, соответственно, для образцов от человека (рис. 2D, вставка). Снижение воздействия локализатора на ткани человека объясняется различиями в размере и внешнем виде клубочков крысы и человека. Тем не менее, человеческие результаты по-прежнему замечательны, учитывая полное отсутствие человеческих данных в обучающей выборке. Уточнение характеристик локализатора на человеческих тканях может быть достигнуто за счет расширения обучающего набора данных человеческими образцами.
Тестирование локализатора и предлагаемого рабочего процесса показывает высокую точность и отзывчивость данных испытаний на крысах и людях.(A) Пример сцены с изображением почки крысы в тестовом наборе. Голубые прямоугольники обозначают истинные положительные результаты или случаи перекрытия прогнозируемой интересующей области более чем на 50% с наземной ячейкой истинности размером 150 × 150 пикселей, расположенной над центром клубочка. Пурпурные прямоугольники показывают ложноотрицательные результаты и показывают относительный размер ограничивающей рамки истинного значения.
Красные квадраты показывают ложные срабатывания или когда алгоритм неправильно определил фоновую ткань как клубочки. Репрезентативное поле показывает вариабельность повреждений клубочков и канальцев.(B) Кривая точности-отзыва всех наблюдений в тестовом наборе данных (5447 клубочков). Значения были достигнуты путем изменения порога вероятности, связанного с выходом клубочковых кандидатов из обученной сверточной нейронной сети на основе области. (Вставка) Увеличенная кривая точности-отзыва с порогом вероятности между 0,86 и 0,92. (C) Пример сцены человеческой почки в расширенном тестовом наборе с примерами гломерулярных и канальцевых повреждений. Цветовой код идентичен таковому в A. (D) Кривая точного воспроизведения для всех наблюдений за людьми в расширенном наборе тестов (1173 клубочка).(Вставка) Увеличенная кривая точности-отзыва с порогом вероятности между 0,88 и 0,94.
Оценка смещения детектора, связанного с присвоенным баллом гломерулярного повреждения
Этот локализатор в конечном итоге будет использоваться для автоматической оценки гломерулярного повреждения при здоровье и болезни.
Таким образом, смещение локализатора для поврежденных или здоровых клубочков является важным соображением при проектировании. Чтобы оценить смещение детектора в сторону здоровых или поврежденных клубочков, эффективность детектора оценивалась на подмножестве тестового набора данных, где повреждение клубочков оценивалось обученным наблюдателем по шкале от нуля до четырех, как сообщалось ранее. 7–9 Репрезентативные примеры поврежденных клубочков и соответствующие им баллы представлены на дополнительном рисунке 3. Почки ( n = 3) из оцениваемой подгруппы имели средний балл повреждения клубочков 2,54 ± 0,26 (из баллов, присвоенных примерно 90 баллам). % клубочков). Пример поля представлен на рисунке 2A.
Всего в эту подгруппу вошли 735 клубочков. В таблице 1 показано распределение повреждений клубочков. Обработку трех почек проводили с помощью полностью обученного локализатора, и регистрировали ложноотрицательные результаты, которым присваивалась оценка травм.Эти ложноотрицательные результаты также были включены в таблицу непредвиденных обстоятельств, отсортированных по баллам связанного с ними повреждения почек.
Был проведен точный тест Фишера для оценки систематической ошибки в популяции, где имели место ложноотрицательные результаты. Из этого анализа мы не нашли доказательств того, что локализатор имел предвзятость в сторону пропуска клубочков по любому заданному баллу ( P = 0,46).
Оценка смещения локализатора к баллу повреждения клубочков: таблица сопряженности ложноотрицательных результатов
Характеристика профилей глубины клубочков
Одно из применений разработанных методов включает характеристику профилей глубины клубочков.На рисунке 3 представлена группа целых срединных срезов почек от 16 отдельных крыс гетерогенного поголовья. Для каждого из этих животных результаты определения положения клубочков от локализатора были использованы для построения гистограммы, описывающей расстояние клубочков от почечной поверхности (см. Приложение S1 для метода оценки почечной поверхности). Рисунок 3A представляет собой трехмерный график этих гистограмм (нормализованных к общему количеству наблюдений для создания эмпирической функции распределения вероятностей).
Цвета соответствуют вероятности появления клубочков на этой глубине.Гистограммы упорядочены по асимметрии («наклон» подходящего логнормального распределения). Это подчеркивает вес каждой гистограммы для поверхностных клубочков. На рисунке 3B показаны два совокупных распределения вероятностей логнормального распределения для крайних случаев, представленных на рисунке 3A. 95% доверительные интервалы этих соответствий затем нанесены пунктирными линиями на рисунке 3B. Это указывает на то, что в данном наборе данных наблюдается статистически значимый перекос функций логнормального распределения вероятностей.Таким образом, анализ позволил статистически разделить профили глубины клубочков у отдельных крыс в пределах гетерогенного стада и предоставить доказательство концепции, что эти показатели могут использоваться для сравнения глубины клубочков у генетически различных животных.
Характеристика расстояния от поверхности почек до клубочков в пределах целых срезов почек показывает разделение между особями в гетерогенном поголовье крыс.
(A) Эмпирически определенные функции распределения вероятностей, описывающие вероятность клубочков с учетом расстояния от почечной поверхности.Шестнадцать отдельных крыс нанесены на график в порядке асимметрии от наименьшего к наибольшему (сверху вниз). Асимметрия описывает «наклон» функции плотности вероятности. (B) Кумулятивные функции распределения логнормальных распределений соответствуют двум крайним животным на графике A (верхний ряд [серая линия]; нижний ряд [черная линия]). Пунктирными линиями показаны 95% доверительные интервалы. На вставке показаны кумулятивные функции распределения от 0% до 50% вероятности.
Обсуждение
Сводная схема обучения, тестирования и конечного использования этого локализатора в производстве представлена на рисунке 4.Насколько нам известно, представленный здесь набор данных (28 987 клубочков крысы) представляет собой самый большой опубликованный набор данных для обучения и тестирования локализации клубочков на гистологических изображениях.
Большие размеры выборки необходимы как для обучения, так и для тестирования, чтобы избежать переобучения классификатора и последующей переоценки его производительности. Один только размер выборки может внести больший вклад в эффективность классификатора, чем конкретный используемый метод классификатора. 22 Важно отметить, что мы также оценили индекс повреждения клубочков в подмножестве данных, показывающих разнообразную популяцию клубочков для обучения и тестирования.Этот процесс не только предоставил обучающие примеры для улучшения работы классификатора по всему диапазону повреждения клубочков, но также позволил оценить систематическую ошибку в классификаторе для здоровых или поврежденных клубочков.
Рабочий процесс обучения, тестирования и производства описанного клубочкового локализатора. Обучение описывает наборы данных, используемые для общего обучения классификаторов. Сплошные и пунктирные контуры показывают отдельные тренировки. Выходные данные региональной сверточной нейронной сети (R-CNN) использовались для обучения вторичной сверточной нейронной сети (CNN).
Когда набор обучающих данных для CNN был обогащен примерами, которые R-CNN на первом этапе не смогла правильно идентифицировать, вторичный классификатор становится более устойчивым к ошибкам. Обучение локализатора проводилось исключительно на образцах тканей крысы, но обеспечивает впечатляющую локализацию на образцах почек человека.
Pedraza et al. 13 недавно опубликовал алгоритм CNN для сортировки ранее обрезанных изображений на два отдельных класса. Они получили 99 баллов.95% с десятикратной перекрестной проверкой на расширенном наборе данных (700 наблюдений на исходный класс и 5300 наблюдений на расширенный класс). Эти результаты, однако, основывались на ручной обрезке изображений на фоне выбранных вручную отрицательных наблюдений. Хотя это справедливая оценка сортировки изображений клубочков, ранее обрезанных человеком, наш желаемый рабочий процесс требует локализации клубочков внутри сцены — совсем другая задача. Наш метод не только классифицирует принадлежность данного кандидата к классу «клубочков» или «фон», но также реализует алгоритм предложения области для локализации клубочков в контексте всего поперечного сечения почки.
Предыдущие исследования с использованием моделированной биопсии почек 11,12 не показали примеров включения характерной костномозговой ткани. С помощью ранних итераций нашего локализатора клубочков с использованием целых срезов почек с обученным рабочим процессом R-CNN мы получили неприемлемую частоту ложных срабатываний в мозговом веществе, вероятно, из-за присутствия высокоинтенсивных ядер, напоминающих клубочки. Эта проблема была следствием аппаратных ограничений, которые ограничивали максимальный размер сцены, которую можно было использовать для обучения.Это, в свою очередь, ограниченные примеры негативных данных из мозгового вещества. Эту проблему удалось обойти за счет обогащения обучающего набора данных сложными изображениями и обучения вторичной CNN для дальнейшего улучшения классификации. Эта конструкция привела к описанному выше методу, который устойчив ко всем типам почечной ткани, видимым в целых срезах почек.
В дополнение к проверке нашего классификатора срезов почек, которые включают костномозговую ткань, мы также изучили влияние повреждения клубочков на характеристики локализации, что является важным фактором при оценке повреждения клубочков на наивных наборах данных.
Подмножество клубочков в наборе наземных данных было оценено на предмет повреждений, что дало уникальное двойное преимущество нашему методу. Во-первых, локализатор был обучен на наборе данных, который, как известно, включает клубочки с различной популяцией оценок почечного повреждения. Во-вторых, ошибочная классификация как функция повреждения клубочков была количественно определена, что не показало никаких доказательств смещения локализатора в пользу или против серьезно поврежденных клубочков. Из-за неоднородности, наблюдаемой в гистологии клубочков, важно, чтобы локализатор оставался непредвзятым в отношении степени повреждения или изменения морфологии.
Таким образом, разработанный нами метод обеспечивает автоматизированный инструмент для локализации здоровых и больных клубочков (см. Приложение S2 для предлагаемых конвейерных и конечных инструментов). Это позволяет использовать множество конвейеров анализа, которые раньше были слишком трудоемкими для выполнения на регулярной основе.
Методы Dissector / Fractionator 23 , которые основаны на расположении клубочков между секциями, становятся тривиальными в сочетании с регистрацией целых секций почек. Кроме того, путем определения местоположения каждого наблюдаемого клубочка и последующего присвоения баллов повреждения клубочков можно выполнить анализ кластеризации пространственных повреждений, что позволяет получить новый высокопроизводительный фенотип.Этот метод не только обеспечивает повышение точности и отзывчивости по сравнению с ранее опубликованными работами, но также обеспечивает надежное решение, не требующее дополнительной параметризации.
Выражение признательности
Это исследование было частично выполнено с использованием вычислительных ресурсов и технической поддержки, предоставленной Исследовательским вычислительным центром Медицинского колледжа Висконсина.
Это исследование было поддержано грантами Национальных институтов здравоохранения (NIH) HL-116264 (для A.W.C.) и HL-122662 (для A.
ТУАЛЕТ.). Колония гетерогенных крыс была поддержана грантом NIH R01 DK088975 (L.C.S.W.). J.D.B. финансируется за счет гранта докторской стипендии Американской кардиологической ассоциации AHA16PRE29700006. Вклады D.C. и J.H.L. были поддержаны грантами NIH R01 HL-128242 и R21 OD024781.
- Авторское право © 2018 Американского общества нефрологии
Ссылки
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- 00050006 P, Ginley B, Tomaszewski JE: Автоматическая гистопатология почек: цифровое извлечение и количественная оценка почечной патологии.Представлено в SPIE, Сан-Диего, Калифорния, 23 марта 2016 г.
- ↵
Ginley B, Tomaszewski JE, Sarder P: Автоматическая вычислительная маркировка текстурных границ клубочков. В: SPIE Medical Imaging, Орландо, Флорида, Международное общество оптики и фотоники, 2017
- ↵
Pedraza A, Gallego J, Lopez S, Gonzalez L, Laurinavicius A, Bueno G: Классификация клубочков с помощью сверточных нейронных сетей.
