Species-specific features of the heart morphology of Rana temporaria

Abstract

During amphibian metamorphosis, the single atrium becomes divided into the right and left atria, resulting in the formation of a three-chambered heart consisting of one ventricle and two atria. The venous sinus adjoins the right atrium and receives blood returning from the body organs, whereas oxygenated arterial blood from the respiratory organs enters the left atrium. Both atria communicate with the ventricle through a common opening, causing partial mixing of blood. However, this mixing remains incomplete due to muscular trabeculae projecting from the ventricular walls, which form a system of interconnected chambers. The arterial conus with a spiral valve, represented by a longitudinal fold directing blood flow during cardiac contraction, arises from the right portion of the ventricle, where venous blood predominates. Topographically, the heart is located on the ventral side of the anterior body cavity beneath the esophagus. The lateral surfaces of the right and left atria contact the medial surfaces of the bases of the right and left lungs, while the apex of the heart is directed caudally and to the right. The macro- and histoarchitecture of the common frog heart exhibit distinctive characteristics at different levels of organization. In particular, the morphometric parameters and structure of myocardial cardiomyocytes are associated with the absence of coronary vessels, indicating that the heart lacks its own blood supply system. The heart of an adult frog is ellipsoid in shape, dorsoventrally flattened, and belongs to the elongated-expanded type, as confirmed by the development index (158.2 ± 3.9%). The absolute heart weight is 0.14 ± 0.01 g, while the relative heart weight is 0.21 ± 0.02%. The atria are completely separated by a septum and communicate with the ventricle through a common opening. The arterial conus extends from the ventricle and is positioned ventrally, whereas the venous sinus adjoins the dorsal part of the right atrium. The ventricular myocardium has a spongy structure, containing a central cavity from which additional hollow chambers extend. The muscle fibers are arranged irregularly and, together with the cavities, form a reticular structure. Contractile cardiomyocytes are mononucleated, and their longitudinal and transverse striations are less pronounced than those observed in warm-blooded animals. Cytometric analysis revealed cardiomyocytes of small (6.75 ± 0.28 μm), medium (9.34 ± 0.46 μm), and large (11.86 ± 0.52 μm) widths in the ventricular myocardium. The corresponding nuclear volumes were 32.58 ± 2.08, 48.75 ± 2.20, and 64.82 ± 2.82 μm3, respectively. Histometric analysis demonstrated that the average area occupied by muscle fibers within the ventricular myocardium was 66.8 ± 2.0%, whereas the connective tissue stroma accounted for 34.2 ± 1.9%.

Під час метаморфозу земноводних єдине передсердя поділяється на праве та ліве, унаслідок чого формується трикамерне серце, що складається з одного шлуночка і двох передсердь. Венозний синус прилягає до правого передсердя та приймає кров, що повертається від органів тіла, тоді як насичена киснем артеріальна кров від органів дихання надходить до лівого передсердя. Обидва передсердя сполучаються зі шлуночком через спільний отвір, що спричиняє часткове змішування крові. Однак це змішування залишається неповним завдяки м’язовим трабекулам, які виступають зі стінок шлуночка й утворюють систему взаємопов’язаних камер. Від правої частини шлуночка, де переважає венозна кров, відходить артеріальний конус зі спіральним клапаном, представленим поздовжньою складкою, яка спрямовує потік крові під час скорочення серця. Топографічно серце розміщене на вентральному боці передньої частини порожнини тіла під стравоходом. Латеральні поверхні правого та лівого передсердь контактують із медіальними поверхнями основ правої та лівої легень, а верхівка серця спрямована каудально і вправо. Макро- та гістоархітектоніка серця трав’яної жаби має виразні особливості на різних рівнях організації. Зокрема, морфометричні параметри та будова кардіоміоцитів міокарда пов’язані з відсутністю коронарних судин, що свідчить про відсутність у серця власної системи кровопостачання. Серце дорослої жаби має еліпсоїдну форму, дорсовентрально сплощене й належить до видовжено-розширеного типу, що підтверджується індексом розвитку (158,2 ± 3,9 %). Абсолютна маса серця становить 0,14 ± 0,01 г, відносна – 0,21 ± 0,02 %. Передсердя повністю розділені перегородкою і сполучаються зі шлуночком через спільний отвір. Артеріальний конус відходить від шлуночка і розміщений вентрально, тоді як венозний синус прилягає до дорсальної частини правого передсердя. Міокард шлуночка має губчасту структуру та містить центральну порожнину, від якої відходять додаткові порожнисті камери. М’язові волокна розташовані нерегулярно і разом із порожнинами формують сітчасту структуру. Скоротливі кардіоміоцити одноядерні, а їх поздовжня і поперечна посмугованість виражена слабше, ніж у теплокровних тварин. Цитометричний аналіз виявив у міокарді шлуночка кардіоміоцити малої (6,75 ± 0,28 мкм), середньої (9,34 ± 0,46 мкм) та великої (11,86 ± 0,52 мкм) ширини. Відповідні об’єми ядер становили 32,58 ± 2,08; 48,75 ± 2,20 та 64,82 ± 2,82 мкм3. Гістометричний аналіз показав, що м’язові волокна займали в середньому 66,8 ± 2,0 % площі міокарда шлуночка, а сполучнотканинна строма – 34,2 ± 1,9 %.