NEXT GENERATION SEQUENCING HELPS IN DIFFERENTIAL DIAGNOSIS OF PATHOLOGICAL LEFT VENTRICULAR HYPERTROPHY IN ELITE ATHLETES
- Authors: Chumakova OS1, Isaeva MY.1, Abushenko MI1, Vorobieva MV1, Guseinova LE1, Gasanova RR1, Speshilov GI1, Nikitin AG1, Averyanov AV1, Zateyshchikov DA1
-
Affiliations:
- Issue: Vol 8, No 4 (2017)
- Pages: 3-7
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/clinpractice/article/view/9007
- DOI: https://doi.org/10.17816/clinpract843-7
- ID: 9007
Cite item
Full Text
Abstract
Keywords
Full Text
Введение Гипертрофию миокарда левого желудочка (ГЛЖ) можно назвать единым симптомом целого ряда патологических состояний, а также физиологической реакцией на систематические занятия спортом. Наиболее частыми заболеваниями, приводящими к появлению ГЛЖ, являются артериальная гипертензия (АГ) и гипертрофическая кардиомиопатия (ГКМП). В популяции профессиональных спортсменов проблема дифференциального диагноза ГЛЖ особенно актуальна. Во-первых, из-за имеющейся у спортсменов физиологической ГЛЖ [1]. Во-вторых, среди причин внезапной смерти профессиональных спортсменов одно из лидирующих мест занимает ГКМП [2]. И в-третьих, распространенность АГ у спортсменов, особенно мужчин, силовых видов спорта достаточно высока и может приводить к развитию гипертонического сердца [3]. Основными «помощниками» в дифференциальном диагнозе физиологической и патологической ГЛЖ являются морфологические характеристики ЛЖ (выраженность и симметричность ГЛЖ) и наличие или отсутствие изменений на электрокардиограмме (ЭКГ). Физиологическая ГЛЖ характеризуется симметричностью, относительно небольшой выраженностью и отсутствием патологических изменений на ЭКГ. Асимметричная ГЛЖ, ГЛЖ > 15 мм, сопутствующие нарушения реполяризации и/ или патологические зубцы Q на ЭКГ [4], а также выявление родственников, больных ГКМП, будут свидетельствовать в пользу патологии. В большинстве случаев при правильной интерпретации вышеизложенных признаков клиническое проведение дифференциального диагноза между физиологической и патологической ГЛЖ у спортсмена не вызывает сложностей. Однако, может встать вопрос о генезе патологической ГЛЖ. Цель Таким образом, целью исследования стала оценка эффективности использования генетического анализа методом секвенирования нового поколения (next generation sequencing, NGS) в дифференциальной диагностике патологической ГЛЖ у профессиональных спортсменов. Материалы и методы Данные углубленного медицинского обследования (УМО) 791 профессионального спортсмена (средний возраст 22,4 года (15-56), 42% женщин, 21 вид спорта) были проанализиро ваны на предмет выявления ГЛЖ. УМО включало в себя обязательное проведение эхокардиографического (ЭХОКГ) и ЭКГ исследований, а также по показаниям суточное монито-рирование артериального давления (СМАД), магнитно-резонансную томографию сердца (МРТ), стресс-ЭХОКГ. На основании критериев патологичности ГЛЖ были отобраны 5 (0,6%) спортсменов, которым проведено сек-венирование кодирующих последовательностей 174 генов, ассоциированных с заболеваниями сердца. Критериями патологичности ГЛЖ стали: асимметричность (соотношение максимальной и минимальной толщины стенок ЛЖ > 1,3), выраженность (> 15 мм) и наличие нарушений реполяризации и/или патологических зубцов Q на ЭКГ. ДНК из цельной периферической крови выделялась с помощью набора “QIAamp DNA Blood Mini Kit” (Qiagen) на автоматической станции “QIAcube” («Qiagen»). Концентрация ДНК измерялась на спектрофотометре “NanoVue Plus” («GE Healthcare») и составляла 30-50 нг/мкл. Подготовка библиотек для секвениро-вания осуществлялась с помощью “TruSight Cardio” («Illumina») по протоколу, рекомендованному производителем. Секвенирование проводилось на приборе “MiSeq” («Illumina»). Картирование прочтений на референсную последовательность генома человека (hg19) проводилось при помощи алгоритма BWA-MEM, качество исходных данных, выравнивания, обогащения и покрытия целевых регионов проверялось с помощью FastQC, BAMQC и NGSrich. Среднее покрытие составило 294х, доля корректно картированных прочтений - 99,6%, доля целевых регионов с покрытием выше 100x - 94,7%. Поиск нуклеотидных вариаций выполнялся с помощью GATK HaplotypeCaller + UnifiedGenotyper, полученный объединенный VCF-файл обрабатывался с помощью программы SnpSift (глубина прочтения более 10) и аннотировался с помощью SnpEff (анализ всех транскриптов), ANNOVAR (анализ частот аллелей в gnomAD, 1000G и ESP6500, алгоритмы проверки функциональной значимости SIFT, PolyPhen2, MutationTaster, FATMM, CADD, DANN, Eigen), баз данных dbSNP, ClinVar, HGMD Professional 2017.2. Результаты Из 791 спортсмена утолщение стенки ЛЖ > 12 мм было выявлено у 15 (1,9%), из них только у 5 (0,6%) ГЛЖ соответствовала критерию 4 Клиническая практика № 4, 2017 http://clinpractice.ru Оригинальные исследования асимметричности (2 женщины и 3 мужчин). У 3 (0,4%) спортсменов максимальная толщина стенок (МТС) ЛЖ была > 15 мм, все они также имели асимметричную ГЛЖ. Изменения на ЭКГ регистрировались у 3 из 15 спортсменов, также из числа тех, у кого была асимметричная ГЛЖ. У спортсменки Ш. (тяжелая атлетика) МТС ЛЖ составила 20 мм (межжелудочковая перегородка (МЖП)), обструкции выходного отдела ЛЖ (ВОЛЖ) не было. На ЭКГ имелись глубокие (до 5 мм) отрицательные зубцы Т в отведениях V2-V4 и QS в отведениях II, aVF. У спортсменки С. (боулинг) МТС ЛЖ составила 15 мм (МЖП), обструкции ВОЛЖ не было. На ЭКГ комплексы QS в отведениях II, aVF и патологические зубцы Q в V3-V6. У спортсмена У. (дзюдо) МТС ЛЖ составила 15 мм (МЖП) с латентной обструкцией ВОЛЖ (максимальный градиент давления при стресс-ЭХОКГ 83 мм рт.ст.). На его ЭКГ не было каких-либо отклонений от нормы. Только индекс Соколова-Лайона = 37 мм, что, однако, является нормой для спортсменов. У спортсмена М. (дайвинг) МТС ЛЖ составила 13 мм в базальном сегменте МЖП. На его ЭКГ регистрировались сглаженные зубцы Т в отведениях II, aVF, V4-V6. У спортсмена В. (велосипедный спорт) МТС ЛЖ была 14 мм (МЖП) по данным ЭХОКГ. На ЭКГ изменений не было. У 3-х из 5 спортсменов были выявлены патогенные варианты, ранее ассоциированные с ГКМП и другими КМП. Результат генетического анализа оказался положительным у обеих женщин (варианты c.1351+2T>C и p.Gln1233*, приводящие к синтезу укороченного белка, в типичном для ГКМП гене MYBPC3) и спортсмена М. (вариант p.Arg644Cys в гене LMNA, ранее ассоциированный не только с ГКМП, но и с дилатационной и аритмогенной КМП). У спортсмена У. генетический анализ был отрицательным, но диагностирована тяжелая стойкая неконтролируемая АГ (по результатам СМАД: среднее АД днем 154/104, ночью 144/100 мм рт.ст., максимальное АД 179/119 мм рт.ст.). У спортсмена В., также с отрицательным генетическим анализом и нормальной ЭКГ, при последующем МРТ исследовании сердца ГЛЖ выявлено не было. Обсуждение Важность установления причины ГЛЖ у спортсменов связана, прежде всего, с повышенным риском внезапной смерти во время физической нагрузки при ГКМП. Это заболевание характеризуется специфическими морфоло гическими изменениями в миокарде, называемыми феноменом disarray или разволокнения. Кардиомиоциты располагаются хаотично, увеличивается объем межклеточного пространства, что создает субстрат для фатальных желудочковых аритмий. Распространенность ГЛЖ (1,9%) среди наших профессиональных спортсменов, если принять во внимание отсутствие черной расы, оказалась сопоставимой с данными других регистров (1,7% [5], 2-4% [6]). Клинический отбор ГЛЖ, подозрительной на патологическую, проводился с учетом данных предшествующих исследований. Так, выраженность ГЛЖ > 15 мм крайне редко встречается при физиологической ГЛЖ и только у мужчин [5]. Асимметричная ГЛЖ и нарушения реполяризации и/или патологические зубцы Q на ЭКГ характерны для 70 и 94% больных с ГКМП, соответственно [7, 8]. Изменения на ЭКГ у больных с ГКМП появляются из-за феномена disarray и часто предшествуют ГЛЖ. ГКМП - заболевание, характеризующееся утолщением стенок ЛЖ у взрослых > 15 мм. Из 5-ти отобранных спортсменов у троих толщина стенок ЛЖ соответствовала клиническим критериям ГКМП, таким образом, у них были показания для проведения генетического исследования согласно действующим европейским рекомендациям [8]. В результате генетического исследования диагноз наследственной ГКМП подтвержден у 2 из 3 спортсменов с ГЛЖ > 15 мм, что также соответствует предполагаемой «пользе» от генетического анализа при подозрении на ГКМП (70%) [9]. Спортсменка Ш. была дисквалифицирована из тяжелой атлетики, а спортсменка С. продолжила спортивную карьеру в боулинге. Различия в вопросе дисквалификации спортсменов с ГКМП основаны на интенсивности физических нагрузок. Отсутствие изменений на ЭКГ значительно снижает вероятность наличия ГКМП, что и подтвердил отрицательный генетический анализ у спортсменов У. и В., у которых ЭКГ была в пределах нормы. Несмотря на то, что у спортсмена У. была асимметричная ГЛЖ с обструкцией ВОЛЖ, характерная для ГКМП, такая форма ГЛЖ, хотя и значительно реже, встречается и при гипертоническом сердце [10, 11]. Отрицательный генетический анализ не может на 100% исключить наследственное заболевание, однако, при отсутствии признаков ГКМП у родителей, с большой уверенностью можно говорить Клиническая практика № 4, 2017 http://clinpractice.ru 5 Оригинальные исследования о наличие у спортсмена У. гипертонического сердца, что не повлечет за собой дисквалификацию в отличии от ГКМП [12]. У спортсмена В. при проведении в последующем МРТ исследования сердца ГЛЖ выявлена не была, что подтверждает преимущества МРТ в оценке структур сердца перед ЭХОКГ. Сложность диагностики наследственной ГКМП заключается в возраст-зависимой пенетрантности. Так, только 55% носителей патогенных мутаций имеют ГЛЖ в возрасте 10-29 лет [13]. Поэтому в диффренециально-диагностический поиск целесообразно включать спортсменов с ГЛЖ < 15мм, но соответствующей другим критериям патологичности (асимметрия и/или изменения на ЭКГ). Ассиметричное утолщение базального сегмента МЖП (13 мм) с сопутствующими изменениями на ЭКГ послужили показаниями для генетического анализа у спортсмена М., в результате которого найден вариант p.Arg644Cys в гене ламина, ранее ассоциированный с ГКМП и другими кардиомиопатиями [14-16]. Четких рекомендаций относительно возможности продолжения спортивной карьеры для таких носителей мутаций без явной клинической картины на сегодняшний день нет из-за недостаточности данных. Мы считаем возможным продолжение профессионального спорта в данном случае, но с проведением более частых УМО, принимая во внимание возможность развития кардиомиопатии. Выводы Ассиметричную гипертрофию, развивающуюся на фоне высокой физической активности следует рассматривать, как патологию, требующую комплексной клинической оценки и обязательного проведения генетического анализа, проведение которого следует включить в программу медицинского обследования профессиональных спортсменов.About the authors
O S Chumakova
Email: chumakovaolga@bk.ru
M Yu Isaeva
Email: maris_07@mail.ru
M I Abushenko
Email: marina-abushenko@mail.ru
M V Vorobieva
Email: Ilyashenko-mv@mail.ru
L E Guseinova
Email: ms.ruzanka@inbox.ru
R R Gasanova
G I Speshilov
Email: g.speshilov@chromaspark.com
A G Nikitin
Email: avialn@gmail.com
A V Averyanov
Email: pulmo_fmba@mail.ru
D A Zateyshchikov
Email: dz@bk.ru
References
- Papadakis M., Carre F., Kervio G., Rawlins J. et al. The prevalence, distribution, and clinical outcomes of electrocardiographic repolarization patterns in male athletes of African/Afro-Caribbean origin. Eur Heart J 2011;32(18):2304-2313.
- Chandra N., Bastiaenen R., Papadakis M., Sharma S. Sudden cardiac death in young athletes: practical challenges and diagnostic dilemmas. J Am Coll Cardiol 2013;61(10):1027-1040.
- Berge H.M., Isern C.B., Berge E. Blood pressure and hypertension in athletes: a systematic review. Br J Sports Med 2015;0:1-10.
- Lakdawala N.K., Thune J.J., Maron B.J., Chirino A.L. et al. Electrocardiographic Features of Sarcomere Mutations Carriers With versus Without Clinically Overt Hypertrophic Cardiomyopathy. Am J Cardiol 2011; 108(11):1606-1613.
- Pelliccia A., Maron B.J., Spataro A., Proschan M.A. et al. The upper limit of physiologic cardiac hypertrophy in highly trained elite athletes. N Engl J Med 1991; 324: 295-301.
- Basavarajaiah S., Boraita A., Whyte G., Wilson M. et al. Ethnic differences in left ventricular remodeling in highly-trained athletes relevance to differentiating physiologic left ventricular hypertrophy from hypertrophic cardiomyopathy. J Am Coll Cardiol 2008; 51:2256-2262.
- Baxi A.J., Restrepo C.S., Vargas D., Marmol-Velez A. et al. Hypertrophic Cardiomyopathy from A to Z: Genetics, Pathophysiology, Imaging, and Management. RadioGraphics 2016; 36: 335-354.
- Elliott P.M., Anastasakis A., Borger M.A., Borggrefe M et al. 2014 ESC Guidelines on diagnosis and management of hypertrophic cardiomyopathy. Eur Heart J. 2014 Oct 14;35(39):2733-79. doi: 10.1093/eurheartj/ ehu284.
- Thomas M.J., Battle R.W. Something old, something new. Using family history and genetic testing to diagnose and manage athletes with inherited cardiovascular disease. Clin Sports Med 2015; 34:517-537.
- Shimizu M., Sugihara N., Shimizu K., Yoshio H. et al. Asymmetrical septal hypertrophy in patients with hypertension: a type of hypertensive left ventricular hypertrophy or hypertrophic cardiomyopathy combined with hypertension? Clin Cardiol 1993;16(1):41-6.
- Kobayashi S., Sakai Y., Taguchi I., Utsunomiya H. et al. Causes of an increased pressure gradient through the left ventricular outflow tract: a West Coast experience. J Echocardiogr 2017 Sep 18. doi: 10.1007/s12574-017-0352-6.
- Maron B.J., Udelson J.E., Bonow R.O., Nishimura R.A. at al. Eligibility and Disqualification Recommendations for Competitive Athletes With Cardiovascular Abnormalities: T ask F orce 3: Hypertrophic Cardiomyopathy, Arrhythmogenic Right Ventricular Cardiomyopathy and Other Cardiomyopathies, and Myocarditis. A Scientific Statement From the American Heart Association and American College of Cardiology. Circulation. 2015 Dec 1;132(22):e273-80. doi: 10.1161/ CIR.0000000000000239
- Charron P., Carrier L., Dubourg O., Tesson F. et al. Penetrance of familial hypertrophic cardiomyopathy. Genet Couns 1997; 8(2): 107-14.
- Quarta G., Syrris P., Ashworth M., Jenkins S. at al. Mutations in the Lamin A/C gene mimic arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy. EHJ 2012; 33: 1128-36.
- Genschel J., Bochow B., Kuepferling S., Ewert R. at al. A R644C mutation within lamin A extends the mutations causing dilated cardiomyopathy. Hum Mutat. 2001 Feb;17(2):154.
- Mercuri E., Brown S., Nihoyannopoulos P., Poulton J. et al. Extreme variability of skeletal and cardiac muscle involvement in patients with mutations in exon 11 of the lamin a/c gene. Muscle Nerve 2005; 31(5): 602-9.