Pathogenetic and prognostic significance of molecular markers of myocardial remodeling in patients suffering from chronic heart failure

Full Text

Введение. Ремоделирование миокарда включает комплекс молекулярных, клеточных и интерстици- альных изменений, характеризующийся нарушени- ем размера, формы и функции сердца в результате патологического воздействия [4]. Одним из наибо- лее ключевых негативных факторов реорганизации миокарда является гетерогенность электрического и структурного ремоделирования. Данный процесс может инициироваться ишемией, воспалением, ге- модинамической перегрузкой и нейрогормональной активацией. Морфологическим субстратом ремоде- лирования сердца являются клеточные и тканевые изменения: гипертрофия, некроз, апоптоз сердечных миоцитов, пролиферация фибробластов, увеличение фибриллярного коллагена и фиброз миокарда [4, 16]. В настоящее время активно изучаются механиз- мы, ответственные за переход от компенсаторной гипертрофии к декомпенсации сердца с развитием хронической сердечной недостаточности (ХСН). В ряде исследований показано, что в формировании гипертрофии миокарда участвуют несколько сиг- нальных путей и факторов: семейство протеинкиназ В, митоген-активируемых протеинкиназ (МАРК), фосфоинозитид-3-киназа (PI3K), инсулиноподобный фактор роста 1, гормон роста. При этом в развитии концентрической и эксцентрической гипертрофии миокарда центральная роль отводится семейству МАРК, а именно ERK и р38-киназам [11, 14, 15]. Дина- мические структурно-функциональные изменения во внеклеточном матриксе (ВМ) миокарда при ХСН также способствуют неблагоприятной миокардиальной ре- организации, включая увеличение количества стро- мальных клеток и нарушения в метаболизме коллагена I и III типа [7]. Матриксные металлопротеиназы (ММР) и их эндогенные тканевые ингибиторы (TIMP) играют важную роль в контроле ремоделирования ВМ. По- казано, что при ХСН наблюдается нарушение баланса между ММР и TIMP, чаще всего между коллагеназами (MMP-1 и -8), желатиназами (MMP-2 и -9), стромели- зином (MMP-3) и TIMP-1 и 2 [17]. При ХСН в миокарде одновременно наблюдаются активация апоптоза, некроза, аутофагии и воспалительных процессов, что приводит к потере массы сократительных миоцитов. Ключевыми участниками апоптоза являются митохон- дрии, про- и антиапоптотические белки семейства ка- спаз и bcl-2, апоптозиндуцирующий фактор, цитохром ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ 1 (61) - 2018 19 Клинические исследования С, эндонуклеазы, p53 и ряд других [10, 12]. Известно, что соотношение про- и антиапоптотических маркеров имеет важное значение и рассматривается как фактор структурного гомеостаза миокарда. В настоящее время существует мнение, что, не- смотря на общие закономерности ремоделирования сердца, существует ряд структурно-геометрических и молекулярных особенностей реорганизации миокар- да, зависящих от этиологии ХСН [4]. Неоднозначные эффекты регуляторных сигнальных молекул, получен- ные в многочисленных работах [4, 16], обусловливают целесообразность проведения новых исследований, направленных на изучение их патогенетической и прогностической роли при ХСН различной этиологии. Цель исследования. Оценить особенности ремоделирования миокарда (по данным эхокардио- графии и морфологических маркеров) и его влияние на прогноз у пациентов, страдающих ХСН различной этиологии, подвергшихся кардиохирургическим опе- рациям (КХО). Материалы и методы. Протокол исследования одобрен независимым этическим комитетом Воен- но-медицинской академии им. С.М. Кирова. В иссле- дование включены 43 мужчины, страдающие ХСН I-IIA стадией, I-III функциональным классом (ФК) по New York Heart Association (NYHA), госпитализированные в кардиохирургическое отделение для проведения плановой операции. В зависимости от этиологии ХСН пациенты были разделены на 2 группы. Первую груп- пу составил 31 больной, страдающий ишемической болезнью сердца (ИБС). Во вторую группу вошли 12 пациентов, страдающих клапанными пороками сердца (ПС). Всем пациентам до КХО проводились физикальный осмотр, определение клинико-функционального со- стояния (проба с 6-минутной ходьбой (ПШХ), оценка клинического состояния по шкале оценки клиниче- ского состояния (ШОКС) [5], эхокардиографическое исследование (ЭхоКГ) в одномерном, двухмерном и допплеровском режимах на аппарате «Acuson 128X10» (Япония) и стандартный объем лабораторно-инстру- ментальных методов исследования. Биоптаты миокарда ушка правого предсердия (УПП), полученные в процессе КХО, были изучены при помощи общегистологических, иммуногистохимиче- ских (оценка экспрессии синтеза белков caspase-9, bcl-2, ММР-9, TIMP-1 и р38α-митоген-активируемой протеинкиназы (р38α) с использованием моноклональ- ных антител и набора реактивов «Spring Bioscience» и «Sigma-Aldrich», Соединенные Штаты Америки - США) и морфометрических методов. Морфометрия осуществлялась в соответствии со сложившимися принципами системного количественного анализа [1] с применением программы «ImageJ 1,48v» (США). Экс- прессию caspase-3, bcl-2 определяли как число окра- шенных кардиомиоцитов (КМЦ), деленное на 1000 клеток в случайно выбранных 20 полях зрения. Оценку локализации и интенсивности иммунной реакции ММP-9, ТIMP-1 и р38α проводили полуколичественным методом +/+++ в 20 случайно выбранных полях зрения (100%) под микровизором «мVizo-101». Диагноз ХСН установлен согласно рекомендациям общества специ- алистов по сердечной недостаточности, Российского кардиологического общества и Российского научного медицинского общества терапевтов [5]. Все пациенты получали стандартную терапию согласно рекоменда- циям профессиональных сообществ [8]. У всех обследуемых на 10-14 сутки после операции оценивали частоту развития сердечно-сосудистых ос- ложнений (ССО). Наличие хотя бы одного из осложнений относили к проявлению неблагоприятного госпитального исхода. Изучали взаимосвязи послеоперационных осложнений с данными ЭхоКГ и морфологическими изменениями в миокарде УПП с учетом этиологии ХСН. В исследование не включались пациенты с со- путствующими острыми воспалительными, инфек- ционными, онкологическими, иммунокомплексными заболеваниями и хроническими заболеваниями в ста- дии обострения. В качестве контроля использовались биоптаты УПП, полученные от 7 мужчин, погибших трагически и не имеющих патологии сердечно-со- судистой системы и значимой патологии со стороны других органов. Статистическую обработку результатов проводили с помощью программы «Statistica 7.0». Во всех проце- дурах статистического анализа уровень значимости p принимался равным 0,05. Результаты и их обсуждение. Установлено, что обследуемые обеих групп достоверно не отличались по тяжести ХСН (табл. 1). ЭхоКГ-показатели пациентов до КХО позволили выявить значимые отличия в группах ИБС/ПС по толщине межжелудочковой перегородки 12,74±1,71/14,4±2,11 мм; массе миокарда (Мм) левого желудочка (ЛЖ) 312,30±85,06/389,14±97,5 г; КДО правого предсердия 45,62±5,89/54,72±10,87 мл; систолическому давлению в легочной артерии 29,04±7,03/37,6±15,58 мм рт. ст. При этом линейные и объемные размеры полости ЛЖ, фракция выброса (ФВ) ЛЖ, диастолическая функция достоверно в группах не отличались. У всех обследованных наблюдались нарушения геометрической адаптации: во 2-й группе в 100% случаев определялась эксцентрическая гипертрофия ЛЖ, при этом в 1-й группе встречались и другие типы ремоделирования ЛЖ (рис. 1). У пациентов после КХО имел место 1 (1,1%) леталь- ный исход в связи с развитием острой сердечно-сосу- дистой недостаточности в группе больных, страдающих ИБС. Также у больных, страдающих ИБС, отмечалась более высокая частота ССО по сравнению с больными, страдающими ПС (рис. 2). После КХО в группах ИБС/ ПС диагностированы следующие виды ССО: 4/1 случай пароксизмальной формы фибрилляции предсердий, 1/0 пароксизм фибрилляции желудочков, 1/0 полной АВ блокады с постановкой кардиостимулятора, 1/0 инфаркта миокарда, 0/1 тампонады сердца. При морфологическом исследовании миокарда УПП у пациентов обеих групп выявлялись структурно- 20 1 (61) - 2018 ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ Клинические исследования Таблица 1 Клинико-анамнестические показатели пациентов с ХСН, подвергшихся кардиохирургической операции, абс (%); M±m Показатель Группа Показатель 1-я 2-я Возраст, лет 58,37±6,29 57,36±10,93 ИБС. Стенокардия: I ФК 2 (6,5) - II ФК 12 (38,7) - III ФК 16 (51,6) - IV ФК 1 (3,2) - ИМ в анамнезе 25 (58,1) - ФП постоянная форма 2 (6,5) 2 (16,6) ФП пароксизмальная форма 10 (32,2) 7 (58,3) АГ: 1 степени 6 (19,3) 8 (74,4) 2 степени 1 (3,2) 2 (16,6) 3 степени 24 (77,4) 2 (16,6) ХРБС - 3 (25) Пороки сердца: МС - 2 (16,6) МН - 6 (50) АН - 3 (25) КПС - 9 (75) ХСН: I стадия 11 (35,5) 0 II А стадия 20 (64,5) 12 (100) ХСН ФК по по NYHA: ФК I 5 (16,1) 0 ФК II 17 (54,8) 8 (72,7) ФК III 9 (29,03) 3 (27,3) ПШХ, м 335,4±78,1 329,7±90,9 ШОКС, балл 4,96±1,75 5,36±2,01 Примечание: ИМ - инфаркт миокарда; ФП - фибрилляция предсердий; АГ - артериальная гипертензия; ХРБС - хрониче- ская ревматическая болезнь сердца; МС - митральный стеноз; МН - митральная недостаточность; АН - аортальная недостаточ- ность; КПС - комбинированный порок сердца. функциональные изменения, выраженность которых достоверно не зависела от стадии и ФК ХСН. При этом во 2-й группе без ССО наблюдались достоверно более выраженная гипертрофия КМЦ, более высо- кая объемная плотность (ОП) капилляров и ОП КМЦ, меньшая степень миокардиального фиброза (табл. 2), что сопоставимо с данными ЭхоКГ. В 1-й группе без ССО отмечались достоверно более высокие ОП стромы, диаметр ядер КМЦ, индекс Керногана (от- ношение толщины сосудистой стенки артериол к радиусу их просвета) и более низкий трофический индекс (отношение удельного объема капилляров к удельному объему паренхимы). Чаще встречались участки мононуклеарной инфильтрации миокарда. В обеих группах с ССО выявлялись значимое уменьше- ние диаметра ядер КМЦ, ОП капилляров, увеличение индекса Керногана и ОП стромы. Морфологические изменения экспрессии белков caspase-9, bcl-2, ММР-9, ТIMP-1 и р38α в группах сопровождались разнородной иммуногистохимиче- ской (ИГХ) картиной миокарда УПП. Так, в 1-й группе с ССО отмечалось достоверное увеличение индекса апоптоза, высокая экспрессия ММР-9, ТIMP-1 и р38α по сравнению с больными без ССО. Внутри 2-й груп- пы наблюдалась похожая ИГХ картина. В 1-й группе с неблагоприятным исходом КХО индекс апоптоза сопровождался более высокой экспрессией р38α. По мнению В.А. Казакова [2], В.А. Казакова и др. [3], морфофункциональное состояние миокарда УПП полностью отражает морфологические и ИГХ измене- ния в миокарде ЛЖ, то есть является своеобразным «зеркалом» последнего. Результаты, полученные в нашем исследовании, согласуются с данными выше- указанных авторов. Значимая гипертрофия миокарда Таблица 2 Структурно-функциональные изменения миокарда УПП у пациентов обеих групп, M±m Показатель Контрольная группа, n=7 Благоприятный исход КХО Неблагоприятный исход КХО Показатель Контрольная группа, n=7 1-я группа, n=23 2-я группа, n=10 1-я группа, n=8 2-я группа, (n=2) Морфометрические показатели миокарда УПП в группах d КМЦ, мкм 12,14±3,52 15,09±3,88* 17,39±4,31^# 13,28±2,46 13,25±3,42 d ядра КМЦ, мкм 4,92±1,09 6,46±1,77* 6,04±1,73^# 5,03±1,15 5,37±1,58$ ОП КМЦ, объемные об.% 79,08±7,36 62,08±8,21* 67,08±7,95^# 51,93±10,78 56,75±6,66 ОП стромы, об.% 16,96±5,38 36,31±8,07* 29,58±7,29^# 48,06±10,78 43,25±6,53$ ПСО 3,96±0,98 1,69±1,08* 2,34±0,34^# 1,1±0,6 1,38±0,32$ ОП капилляров, об.% 27,75±2,26 16,49±4,59 19,15±3,47# 15,17±3,72 16,97±4,26$ Трофический индекс 0,56±0,08 0,36±0,04* 0,47±0,04^# 0,31±0,09 0,34±0,06 Индекс Керногана 0,51±0,66 1,02±0,5* 0,86±0,4^ 1,94±0,5 1,54±0,41$ Иммуногистохимические показатели миокарда УПП в группах Caspase-9, ‰ 0,01±0,001 2,11±0,24 1,65±0,32# 5,78±0,87* 5,21±0,64^$ Bcl-2, ‰ 0,03±0,001 0,26±0,29 0,32±0,26# 0,23±0,15 0,27±0,24^ ММP-9 ++/+++ (20/80%) +/++ (66/34%) +/++ (67/33%) ++/+++ (31/69%)* ++/+++ (30/70%)^ ТIMP-1 +/++ (20/80%) ++/+++ (43/57%) +/++ (39/61%)# ++/+++ (6/94%)* ++/+++ (2/98%)^ р38α ++/+++ (20/80%) ++/+++ (67/33%) ++/+++ (64/36%) ++/+++ (25/75%)* ++/+++ (35/64%)^$ Примечание: * - различия внутри 1-й группы с благоприятным и неблагоприятным исходом КХО; ^ - внутри 2-й группы с бла- гоприятным и неблагоприятным исходом КХО; # - между 1-й и 2-й группами с благоприятным исходом КХО; $ -между 1-й и 2-й группами с неблагоприятным исходом КХО. ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ 1 (61) - 2018 21 Клинические исследования Рис. 1. Сравнительная характеристика типов ремоделирования миокарда ЛЖ у пациентов, страдающих ХСН, до КХО: 1-й тип - концентрическое ремоделирование; 2-й тип - концентрическая гипертрофия; 3-й тип - эксцентрическая гипертрофия Рис. 2. Частота (%) ССО на 10-14 сут в обеих группах после КХО: а - больные, страдающие ИБС; б - больные, страдающие ПС у пациентов с клапанными ПС установлена как по данным ЭхоКГ, так и по показателям морфометрии миокарда УПП. Известно, что гипертрофия миокарда - это компенсаторно-приспособительный ответ на увеличивающуюся на него нагрузку, поддерживающую систолическую функцию сердца [4, 16]. При этом до- стоверное уменьшение доли гипертрофированных КМЦ и активация апоптоза в обеих группах с ССО сопровождались значимым увеличением ОП соеди- нительной ткани и снижением трофического индекса, отражающего критическое состояние микроциркуля- торного русла миокарда. Данные изменения свиде- тельствуют о развитии очагового кардиосклероза и регенераторно-пластической недостаточности мио- карда, способствующей переходу от компенсаторной гипертрофии к его дисфункции [6, 9]. Избыточную экс- прессию р38α, наблюдаемую в обеих группах с ССО, ряд авторов связывают с гипертрофией миокарда, ишемией/реперфузионным повреждением в сердце и патологическим ремоделированием [15]. Известно, что р38α индуцирует апоптоз и аутофагию, отрица- тельно влияя на сократимость миокарда [14, 15], что согласуется с результатами нашего исследования. В миокарде УПП пациентов с ССО происходила существенная реорганизация как КМЦ, так и немышечных клеток. В настоящее время ключевую роль в ремоделировании экстрацеллюлярного матрикса в сердце отводят семейству ММР/TIMP [16, 17]. Ис- следования L. Schirone et al. [16] показали, что ММР гидролизуют не только ключевые белки ВМ, но и многочисленные саркомерные и белки цитоскеле- та КМЦ. Дисбаланс активности MMP и TIMP может коррелировать со степенью гипертрофии и фиброза миокарда, что наблюдалось в миокарде у пациентов, страдающих ХСН. В обеих группах с ССО отмечалась активация экспрессии как ММР-9, так и TIMP-1. T. Morishita et al. [13] показали, что высокие значения ММР-9 и нарушение баланса ММР-9/TIMP-1 являют- ся независимыми предикторами неблагоприятных событий у пациентов, страдающих ХСН, что также согласуется с результатами нашего исследования. Заключение. Установлены явные отличительные особенности в ремоделировании миокарда ишемиче- ского и клапанного генезов у пациентов, страдающих ХСН. Пациенты, имеющие сочетание ИБС и клапанных ПС, вероятно, представляют собой специфические фенотипы с особенной реорганизацией миокарда. Больные, страдающие ИБС, с благоприятным исхо- дом КХО по сравнению с больными, страдающими 22 1 (61) - 2018 ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ Клинические исследования ПС, характеризовались более высокой активностью проапоптотического маркера caspase-9 и TIMP-1, а также имели значимые отличия в морфометрических данных. Важным фактом является и то, что в обеих группах с неблагоприятным исходом КХО различия в морфологических и ИГХ характеристиках миокарда достоверно не определялись. При этом наблюдался неблагоприятный фенотип миокарда, характеризую- щийся для обеих групп высоким индексом апоптоза, высокой экспрессией ММР-9, TIMP-1 и р38α. Можно предположить, что более высокий процент ССО при ИБС связан c исходно менее благоприятным феноти- пом миокарда. Пациенты, страдающие ИБС, нужда- ются в специфической фармакологической коррекции до проведения КХО. Таким образом, продемонстрирована важность изучения этиологических особенностей в развитии ремоделирования и ХСН. Активация caspase-9, ММР- 9, р38α в миокарде УПП может рассматриваться в ка- честве прогностического маркера неблагоприятного исхода КХО у пациентов, страдающих ХСН независимо от этиологии.

About the authors

Yu V Liskova

Email: liskovaj@bk.ru

References

Supplementary files