Quantitative characteristics of the microvasculature of cancer tumors

Abstract

Vascularization of malignant tumors is one of the leading factors that determine the anatomical and functional features, growth and development of the tumor [3].

Full Text

Васкуляризация злокачественных 'опухолей является одним из ведущих факторов, определяющих анатомофункциональные особенности, ро'ст и развитие опухоли L3J. Однако, несмотря на многочисленные исследования, посвященные изучению ангиогенеза в опухолях, в литературе не имеется сколько-нибудь точных количечественных данных, характеризующих микроциркуляторные сюсуды в опухолях человека, не определена связь ангиогенеза со стромообразованием и спонтанного патоморфоза новообразований с состоянием (особенностями) микроциркуляторного русла. Поэтому мы решили с помощью системного стереологического анализа ткани опухоли изучить такие характеристики микроциркуляторного ложа, как плотность распределения капилляров на единице площади новообразования, соотношения их диаметров, общий относительный объем сосудистой системы новообразования, « длину и площадь стенок микроциркуляторных 'сосудов в единице объема ткани. Эти показатели важно знать не только для назначения лучевой и цитостатической терапии, но и для разработки принципов блокирования /опухолевого ангиогенеза.

Было исследовано 70 раковых опухолей различной локализации (желудок, легкие, пищевод, толстый кишечник, матка и др.), полученных во время операции и частично на секции (не позднее 12 ч после наступления смерти). Препаровку и отбор материала для исследования производили с использованием макрометрической сетки со случайным отбором 'объектов в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. 4—5 кусочков опухоли фиксировали в забуференном нейтральном формалине и затем после парафиновой проводки окрашивали гематоксилин-эозином, по ван Тизону, ШИК+гематоксилином и анилиновым синим. С помощью системного стереометрического анализа опухоли были «определены относительный (процентный) объем паренхимы, стромы, некротических локусов, сосудистого русла опухолевой ткани, а также перечисленные характеристики микроциркуляторного русла новообразований [I]. Для расчета длины и площади стенок кровеносных сосудов в 1 мм³ ткани использовали в качестве основы предложенного нами метода теоретические разработки [6], позволяющие вычислить эти показатели при известном общем относительном объеме сосудистого русла и соотношении диаметров сосудов, составляющих данный объем. В расчет принимали только нутритивные сосуды диаметром до 200 мкм. Для измерения диаметров была использована дифференцирующая окраска ШИК+гематоксилином и анилиновым 'синим. Сосуды измеряли при помощи окуляр-микрометра и распределяли по 6 классам диаметров в интервалах, наиболее точно учитывающих функциональные особенности микроциркуляторного русла: _0<10 ю<20 ’ 20<30 ’ 30<50 ’ 50<100’ 100<200 "

Для получения достоверных результатов в каждом случае производили измерение диаметров 200 сосудов.

По уровню стромогенеза были выделены 3 группы опухолей: медуллярные раки со стромой менее 30% объема, опухоли (23 наблюдения), фиброзные раки со стромой более 70% (18) и промежуточные формы (29).

Статистическую обработку полученных данных проводили с определением средних величин единичных и групповых показателей с вычислением средних квадратичных отклонений и коэффициентов вариации. Для выявления связей отдельных математических показателей был использован корреляционно-регриссионный анализ с расчетом значимости каждого показателя на ЭВМ.

Проведенное исследование показало, что опухолевые сосуды в подавляющем большинстве представлены тонкостенными трубками диаметром менее 10 мкм. Стенка этих сосудов, как правило, состоит из базальной мембраны, не всегда четко контурируемой, и ряда неравномерно расположенных эндотелиальных клеток. В опухолях-мозговиках, у которых диаметр сосудов больше, эндотелиальные клетки распределяются относительно плотнее, их ядра образуют выпячивания в просвет сосуда, что может быть результатом компрессии капилляров разрастающейся соединительной тканью. Другой важной особенностью сосудистого русла раковых опухолей является то, что, наряду с капиллярами малого диаметра, встречаются синусоидные сосуды диаметром 50 мкм и более со стенкой, морфологически тождественной стенке капилляра (рис. 1, 2). Синусоиды возникают, вероятно, вследствие перекалибровки, возникающей в процессе формирования кровеносной системы бластомы. ₍Часть сосудов изученных опухолей имеет незрелый, эмбриональный характер: они представлены капиллярными почками, не имеют просвета, лишены сплошной базальной мембраны. В стенке даже крупных вновь образованных сосудов раковых опухолей отсутствуют мышечные элементы и эластические волокна.

Рис. 1. Сосуды скиррозного рака (окраска гематоксилин-эозином; Х413).

Рис. 2. Синусоидальный сосуд мозговидного рака (окраска гематоксилин-эозином; Х413).

Распределение сосудов в опухолевой ткани крайне неравномерно [4 б], однако здесь обнаруживаются определенные общие закономерности, исходя из которых полученные данные можно сопоставить и отождествить [2]. В частности, средняя плотность распределения капилляров на 1 мм² площади опухоли в мозговиках и промежуточных формах была примерно одинаковой (1054± 147 и 955±83 соответственно) и лишь у фиброзных раков значительно превышала эти показатели (1362±148 капилляров на 1 мм² опухоли), то есть во всех случаях превосходила минимально необходимый уровень (150—200 капилляров на 1 мм² площади опухоли [7].

Исследование относительного объема сосудистого русла опухолей обнаруживает также, примерно равные показатели в мозговиках и средних формах (4,6±0,7% и 4,3+0,4 % соответственно), в то время как фиброзные раки имеют значительно больший показатель (5,7+0,7 % всей опухоли).

При измерении диаметров опухолевых сосудов и изучении распределения их по классам было установлено, что у подавляющего числа опухолевых капилляров диаметр менее 10 мкм, причем в скиррах, в отличие от медуллярных и промежуточных типов раков, относительное . количество этих сосудов заметно больше. Иными словами, в скиррах преобладают наиболее эффективные нутритивные сосуды, а в мозговиках больше синусоидов с худшими метаболическими возможностями.

Расчет длины и площади стенок нутритивных сосудов в 1 мм³ опухолевой ткани показал, что эти величины подвержены значительным колебаниям. Однако при группировании материала по уровню стромогенеза обнаружилось, что длина сосудов микроциркуляторного русла и площадь их стенок составляют у мозговиков в среднем соответственно 323,3 + 67,5 мм и 12,5+2,2 мм² в 1 мм³ опухоли, в промежуточных формах раков — 344,2+47,9 мм и 12,0+1,3 -мм², в скиррах — 732,4+89,1 мм и 19,5+3,5 мм в 1 мм³ бластомы. Математический анализ связи найденных величин выявил значимую положительную* корреляцию показателей, характеризующих длину микроциркуляторного русла и выраженность стромогенеза (коэффициент корреляции +0,43) и значительную отрицательную корреляцию между опухолевыми некрозами и длиной и площадью стенок сосудов в единице объема ткани опухоли (—0,58 и —0,57 соответственно). Это подтверждают наши предварительные данные о связи опухолевых некрозов с особенностями кровообращения в бластомах [4а, б]. Машинный анализ значимости различных параметров микроциркуляторного русла опухоли для развития спонтанного патоморфоза новообразования, произведенный на ЭВМ, выявил наибольшее значение длины сосудов в 1 мм³ бластомы.

Таким образом, можно констатировать, что сосуды опухоли в подавляющем большинстве вновь образованные и представляют собой лишь нутритивный отдел микроциркуляторного русла, лишенного регуляторных (вазоконстрикторных) механизмов. При всей хаотичности расположения сосудов в бластомах они выступают одновременно зависимой и определяющей величиной патоморфоза раковой опухоли, причем наибольшее значение имеет длина сосудов в 1 мм³ -опухоли. Рост опухоли сопровождается неравномерной тканевой пролиферацией во взаимоотношениях паренхима — строма с неравномерным ангиогенезом, который является не только .эквивалентным следствием действия опухолевого фактора ангиогенеза [5], но и, как показывают наши исследования, результатом сочетанного роста сосуды — строма, что в целом и определяет уровень кровообращения. Опухоли обладают достаточным уровнем кровоснабжения, однако несовершенство ангиоархитектоники, неравномерность расположения сосудов, гидродинамические сдвиги, а также частое тромбообразование приводят к развитию некрозов, которые, вероятно, вызывают сбои в системе микроциркуляции новообразования. В опухолях, богатых соединительной тканью, как правило, -обнаруживается высокий уровень кровоснабжения при минимальном некротизировании, что, по-видимому, должно учитываться при назначении химиои лучевой терапии новообразования.