LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS MEDICINOS AKADEMIJA
MEDICINOS FAKULTETAS
KARDIOLOGIJOS INSTITUTO KARDIALINĖS PATOLOGIJOS LABORATORIJA
Roberta Kalasauskaitė
KONTRAKTILINIO MIOKARDO PERSITVARKYMO YPATUMAI,
KAI YRA IŠEMINĖS KILMĖS ŠIRDIES NEPAKANKAMUMAS
Baigiamasis magistro darbas
Darbo vadovė: lekt. Milda Kuprytė
Darbo konsultantė: prof.habil.dr. Dalia Pangonytė
2
TURINYS
SANTRAUKA ... 3 SUMMARY ... 4 INTERESŲ KONFLIKTAS ... 5 SANTRUMPOS ... 6 ĮVADAS ... 7DARBO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI ... 8
1.LITERATŪROS APŽVALGA ... 9
1.1. Miokardo struktūra ... 9
1.2. Kardiomiocitų struktūra... 11
1.3. Sarkomero struktūra ir širdies susitraukimas ... 13
1.4. Širdies remodeliavimosi patofiziologiniai mechanizmai ... 14
1.5. Kardiomiocitų dydžio ir formos pokyčiai, vykstant širdies remodeliavimuisi... 16
2. TIRTASIS KONTINGENTAS IR METODAI ... 19
2.1. Tirtasis kontingentas ... 19
2.2. Tyrimo metodai ... 19
2.2.1. Makroskopinis ir histologinis miokardo tyrimas ... 19
2.2.2. Histomorfometrinis tyrimas ... 20
2.2.3. Statistinė analizė ... 21
3. REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS ... 23
IŠVADOS ... 29
3
SANTRAUKA
Roberta Kalasauskaitė
Kontraktilinio miokardo persitvarkymo ypatumai, kai yra išeminės kilmės širdies nepakankamumas
Darbo vadovas: lekt. Milda Kuprytė
Darbo konsultantas: prof. habil. dr. D. Pangonytė
Darbo tikslas: nustatyti sergančiųjų išemine širdies liga, kai buvo širdies nepakankamumas, kairiojo skilvelio kardiomiocitų geometrijos pokyčius
Darbo uždaviniai:
1. Nustatyti kairiojo skilvelio kardiomiocitų skerspjūvio ploto pokyčius.
2. Įvertinti kairiojo skilvelio kardiomiocitų formos rodiklių: maksimaliojo ir minimaliojo skersmens bei apskritumo pokyčius.
3. Nustatyti kairiojo skilvelio kardiomiocitų dydžio ir formos pokyčių sąsajas.
Metodika: Ištirti 28 sirgusių IŠL vyrų miokardo mėginiai. Tiriamieji suskirstyti į dvi grupes: 1. IŠL grupė, kai nebuvo ŠN simptomų (n=14), 2. IŠL grupė, kai buvo ŠN (n=14). Kontrolinę grupę sudarė 12 tiriamųjų, kurių mirties priežastis nesusijusi su širdies patologija. Atliktas skersinių miokardo pjūvių erdvinės sandaros vaizdų vertinimas programa Image-Pro Plus 7.0 (MediaCybernetics). Matuoti šie kardiomiocitų dydžio ir formos parametai: skerspjūvio plotas (µm²), maksimalusis spindulys, (µm), minimalusis spindulys (µm). Apskaičiuotas spindulių santykis – maksimaliojo ir minimaliojo spindulio santykis ir apskritumas – pagal formulę: (perimetras2) / (4xx plotas).
Histo-morfometriniams parametrams palyginti tarp dviejų ir daugiau grupių naudotas dispersinės analizės (ANOVA) dviejų faktorių metodas. Ryšiai tarp tirtųjų parametrų nustatyti koreliacinės analizės metodu. Skirtumai statistiškai reikšmingais laikyti, kai p<0,05 (pasikliautinumo lygmuo P=0,95). Tyrimo rezultatai:
Kai yra lėtinė išemija ir nėra ŠN, KS kardiomiocitų skerspjūvio plotas buvo 46% statistiškai reikšmingai didesnis lyginant su kontrolinės grupės analogišku rodikliu (p<0,001), t.y. atsiranda kardiomiocitų hipertrofija. IŠL grupės, kai buvo ŠN požymių, KS kardiomiocitų skerspjūvio plotas buvo statistiškai reikšmingai 125% didesnis už kontrolinės (p<0,001), ir 54% – už IŠL, kai nebuvo ŠN, grupės parametrus (p<0,001), t.y. toliau progresuoja kardiomiocitų hipertrofija.
Minimalusis ir maksimalusis kardiomiocitų spindulys didėjo panašiai: IŠL grupės, kai nebuvo ŠN, šie parametrai buvo didesni 22 (p<0,001) ir 25% (p<0,001), o IŠL grupės, kai buvo ŠN, 51 (p<0,001) ir 55% (p<0,001) atitinkamai lyginant su kontrolinės grupės rodikliais. IŠL grupių, kai nebuvo ŠN ir buvo ŠN, kardiomiocitų apskritumas nesiskyrė ir buvo statistiškai patikimai didesnis už kontrolinės grupės rodiklį (p<0,01), t.y. IŠL progresavimas siejamas su kardiomiocitų apvalėjimu. IŠL grupės, kai buvo ŠN, apskritumo rodiklis koreguotas pagal skerspjūvio plotą buvo mažesnis tiek už kontrolinės, tiek ir už IŠL grupės, kai nebuvo ŠN, analogišką rodiklį (p<0,01), t.y. ŠN progresavimas siejamas su kardiomiocitų apvalėjimu, ką patvirtina ir IŠL grupės, kai buvo ŠN, sumažėjęs koreliacinis ryšys tarp kardiomiocitų skerspjūvio ploto ir jų maksimaliojo ir minimaliojo spindulių santykio bei apskritumo. Išvados:
1. Kairiojo skilvelio kardiomiocitų hipertrofija susiformavusi jau esant chroninei miokardo išemijai, toliau progresuoja atsiradus išeminės kilmės širdies nepakankamui – kardiomiocitų skerspjūvio plotas, jų maksimalusis ir minimalusis spinduliai ženkliai didėja.
2. Esant išeminės kilmės širdies nepakankamumui keičiasi kardiomiocitų forma, jie apvalėja – mažėja apskritumo rodiklis, koreguotas pagal skerspjūvio plotą.
3. Sergantiesiems IŠL, kai buvo širdies nepakankamumas, sąsaja tarp kardiomiocitų skerspjūvio ploto ir jų maksimaliojo ir minimaliojo spindulių santykio bei apskritumo silpnėja – koreliacinis ryšys mažėja.
4
SUMMARY
Roberta Kalasauskaitė
Peculiarities of contractile myocardium remodelling in case of ischaemic heart failure
Supervisor: lect. Milda Kuprytė, MD Consultant: prof. dr. D. Pangonytė, MD
Aim: to determine the shifts of cardiomyocytes geometry of the patients with ischemic heart disease (IHD) when a heart failure (HF) diagnosis is established
Goals: 1. To determine patterns of shifts in cardiomyocytic cross-sectional area among IHD patients with and without HF; 2. To detect patterns of cardiomyocytic shape shifts parameters (ratio of maximum and minimum radius, circularity) among IHD patients with and without HF; 3. To detect correlations between identified cardiomyocytic size and shape parameters among IHD patients with and without HF.
Methods: 28 cardiac tissue specimens of male patients with ischemic heart disease were examined. Selected groups of the study: 1) IHD group when there was no HF diagnosis (n=14); 2) IHD group with a HF (n=14). Control group (n=12) patients whose cause of death was not associated with cardiovascular pathology. Evaluation of spatial structure images of cross-sectional myocardial sections was performed using Image-Pro Plus 7.0 (MediaCybernetics). The following parameters of cardiomyocyte size and shape were measured: cross-sectional area (µm²), maximum radius (µm), minimum radius (µm). The ratio of radii was calculated – the ratio of maximum radius to minimum radius and the circularity – using the formula: (perimeter2) / (4xx cross-sectional area).
A two-factor analysis of variance (ANOVA) method was used to compare histomorphometric parameters between two or more groups. The relationships between the calculated parameters were determined by the method of correlation analysis. Statistical significance is p<0.05.
Results: In the setting of chronic ischemia and when the HF is absent, the cross-sectional area of LV cardiomyocytes was significantly increased by 46% when compared to the control group (p<0,001). In the IHD group, when there were signs of heart failure, the cross-sectional area of LV cardiomyocytes was significantly higher by 125% when compared to the control group (p <0.001), and by 54% when compared to the IHD group when HF is absent (p <0.001). The minimum and maximum radii of cardiomyocytes increased similarly: in the IHD group with no HF these parameters were 22 (p <0.001) and 25% (p <0.001), and in the IHD groups with HF, 51 (p <0.001) and 55%. (p <0.001) higher, respectively, compared to the control group. The circularity of cardiomyocytes did not differ in the IHD groups with or without HF and was significantly higher than in the control group (p <0.01). The circularity cross-sectional area index adjusted for patients with IHD and the presence of HF was lower than the analogous indicator (p <0.01) in both the control and IHD groups without HF. The progression of heart failure is associated with increased roundness of cardiomyocytes, as evidenced by the decreased correlation between the cross-sectional area of cardiomyocytes and their maximum radius to minimum radius ratio and circularity in the IHD group when the HF is absent.
Conclusions:
1. Hypertrophy of the left ventriclular cardiomyocytes is already formed in the setting of chronic myocardial ischemia, and continues to progress when ischemic HF is present – the cardiomyocytic cross-sectional area and their minimum, maximum radii increase significantly.
2. When ischemic HF is present, the form of cardiomyocytes changes, they become more rounded – the circular cross-sectional area index decreases.
3. The relationship between the cardiomyocytic cross-sectional area and cardiomyocytic maximum radius/minimum radius ratio as well as circularity is weakened - the correlation is reduced in IHD patients with HF.
5
INTERESŲ KONFLIKTAS
6
SANTRUMPOS
AH – arterinė hipertenzija IŠL – išeminė širdies liga KS – kairysis skilvelis MI – miokardo infarktas
MMP – matrikso metalo proteinazės PGE2 – prostaglandinas E2
PGI2 – prostaciklinas
PSO – Pasaulio sveikatos organizacija RDF – reaktyviosios deguonies formos SNS – simpatinė nervų sistema
7
ĮVADAS
Širdies remodeliavimasis, arba širdies persitvarkymas, sąlygojamas tokių vidinių bei išorinių dirgiklių kaip širdies perkrova dėl padidėjusio spaudimo, didesnio kraujo tūrio, raumens kontrakcijos susilpnėjimas dėl išeminių procesų, kontraktilinės masės mažėjimas po miokardo infarkto (MI) bei įgimti širdies struktūrų defektai, leidžia palaikyti optimalų širdies funkcijos lygį nefiziologinių veiksnių kontekste. Širdies remodeliavimasis, arba persitvarkymas – tai širdies dydžio, formos bei funkcijos pokyčiai, kurie vyksta dėl genominio lygmens pokyčių aktyvinimo, lemiančio molekulinių, ląstelių ir intersticiumo pakitimus – formuojasi širdies kontraktalinį komponentą sudarančių kardiomiocitų hipertrofija [1, 2].
Tik apie ketvirtadalį esamų ląstelių nepažeistame miokarde sudarantys kardiomiocitai užima net 76% struktūrinės ertmės tūrio. Kardiomiocitų struktūriniai persitvarkymo procesai kaip kompensacinė reakcija yra stimuliuojami vykstant tiesioginei širdies raumens ląstelių pažaidai arba netekčiai miokardo infarkto metu arba išsekus kontraktilinei funkcijai. Molekuliniai ir ultrastruktūrinio lygmens kardiomiocitų pokyčiai lemia kurį laiką stiprėjančią kontraktilinę funkciją bei hemodinamikos sutrikimo mažėjimą, tačiau išsekus kompensaciniams organizmo ištekliams pasireiškia dekompensacija – kliniškai progresuoja širdies funkcijos nepakankamumas (ŠN) [3, 4].
Literatūros duomenimis, ŠN dažnas siekia iki 5%, o tarp vyresnių nei 65 metai žmonių ŠN diagnozuojamas iki 10% populiacijos. Objektyviai vertinant, ŠN yra virna dažniausių stacionarizavimo priežasčių tarp vyresnio amžiaus Mirtingumo bei pakartotinio stacionarizavimo praėjus 90 dienų po pirmojo stacionarizavimo dėl ŠN rodikliai siekia atitinkamai 15% ir 30%. Nepaisant pastaruoju dešimtmečiu atliktų tyrimų, vadovaujantis sergančiųjų ŠN priežiūros algoritmais kol kas yra nepajėgiama užtikrinti optimalių širdies nepakankamuo sveikatos priežiūros rodiklių [5, 6].
Siekiant optimizuoti ŠN diagnostikos ir gydymo strategijas, trūksta detalaus kompleksinio suvokimo apie miokardo persitvarkymo, arba remodeliavimosi, procesams tipiškus struktūrinius pokyčius. Jautrių ir specifinių struktūrinių pokyčių identifikavimas, sudarantis sąlygas patikimai vertinį širdies raumens ląstelėse vykstančių patofiziologinių procesų dinamiką, ir jų diegimas klinikinėje praktikoje taip pat priklauso nuo kompleksinių miokardo perstivarkymo, arba remodeliavimosi, morfometrinių tyrimų [7].
Šio tyrimo tikslas – nustatyti sergančiųjų IŠL kardiomiocitų skerspjūvio geometrijos pokyčius, kai nėra ir yra širdies nepakankamumo požymių.
8
DARBO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI
Darbo tikslas: identifikuoti širdies kairiojo skilvelio kardiomiocitų geometrijos pokyčius tarp sergančiųjų išemine širdies liga (IŠL), kai buvo ŠN.
Darbo uždaviniai:
1. Nustatyti kairiojo skilvelio kardiomiocitų skerspjūvio ploto pokyčių dėsningumus tarp sergančiųjų IŠL, kai nebuvo ir buvo ŠN požymių.
2. Įvertinti kairiojo skilvelio kardiomiocitų formos rodiklių (maksimaliojo ir minimaliojo skersmenų santykio bei apskritumo) pokyčių dėsningumus tarp sergančiųjų IŠL, kai nebuvo ir buvo ŠN požymių.
3. Nustatyti kairiojo skilvelio kardiomiocitų dydžio ir formos pokyčių dėsningumų sąsajas tarp sergančiųjų IŠL, kai nebuvo ir buvo ŠN požymių.
9
1.LITERATŪROS APŽVALGA
1.1. Miokardo struktūra
Širdies kaip dvipusio siurblio efektyvų, patvarų ir patikimą veikimą užtikrina širdį sudarančių kontrakltinių ir nekontraktilinių komponentų visuma. Kraujas į storasienius raumeninius skilvelius patenka per plonasienius prieširdžius. Širdies kairysis skilvelis, lyginant su dešiniuoju, yra gerokai storesnis (1,3 – 1,5 cm) dėl didesnio slėgio ir santykinai didesnės apkrovos kairėje pusėje. Kraujas į kairįjį skilvelį patenka per mitralinį, o į dešinįjį – per triburį atrioventrikulinį vožtuvus. Suaugusio vyro širdies vidutiniškai sveria apie 280 – 340 kg, moters – 230 – 280 g [8, 9].
Širdies audinio kontraktilinis komponentas sudarytas iš galas su galu susijungusių kardiomiocitų, formuojančių skaidulas (1 pav.). Šie audinio struktūriniai ypatumai sudaro palankią aplinką greitam, sinchronizuotam ir adekvačiai fiziologiniams poreikiams koordinuotą širdies raumens susitraukimo procesui. Patys 80-100 mikronų ilgio ir 10-20 mikronų pločio kardiomiocitai su centre matomais branduoliais, glaudžiai susijungę vienas su kitu, sudaro vientisą ląstelių tinklą. Galais sujungtų širdies raumens ląstelių grandinė yra vadinama „skaidula“. Susijungusios „skaidulinėmis“
1 pav. Žmogaus miokardas: kairėje – išilginis pjūvis (orig. pad. x40), dešinėje – skersinis (orig. pad.
10 struktūromis širdies raumens ląstelės suformuoja daug anastomozių. Šias gausiomis anostomozėmis susijungusias struktūras apraizgo kapiliarai, limfagyslės, nervai, o tarpus užpildo jungiamojo audinio matriksas, kuriame yra įvairių mezenchimos ląstelių.
Mikroskopiškai tiriant širdies raumens histologinį preparatą poliarizuotos šviesos mikroskopija itin išryškėja širdies raumens skaidulomos taip tipiškas skersaruožiškumas. Šis mikroskopu aiškiai matomas kardiomiocitų morfologinis požymis yra įgyjamas dėl kontraktilinių vienetų, kuriuos formuoja kontraktilūs aktino ir miozino baltymai. Viena nuo kito kaimyninio kardiomiocito atskiria įterptiniai diskai – tamsiai nusidažančios juostelės, dažniau histologiniuose preparatuose stebimos kaip laiptuotų linijų formos (2 pav.).
Elektroninė mikroskopija atskleidžia sarkolemos, sarkoplazminio tinklo, T kanalų, branduolio ir mitochondrijų struktūrą bei pasiskirstymą. Miocito susitraukimo elementai, miofilamentai, yra išdėstyti ryšuliuose, vadinamuose miofibrilėmis. Tai yra atskirtos mitochondrijos ir sarkoplazminis tinklas. Miofibrilės yra suskirstytos į kartotinius vienetus, vadinamus sarkomerais.
Apibendrinant galima teigti, jog charakterizuojama miokardo struktūrinė ir funkcinė organizacija yra reikšminga optimaliai širdies kontraktilinei funkcijai palaikyti. Vykstant širdies raumens persitvarkymo, arba remodeliavimosi, sąlygotiems struktūriniams pokyčiams šis darniai veikiančių komponentų visumos veikimo mechanizmas sutrikdomas, kas ilgainiui lemia širdies funkcijos nepakankamumo formavimąsi ir progresavimą.
2 pav. Žmogaus miokardas: skersaruožėtumas ir įterptiniai diskai (dažyta modifikuotu azano būdu,
11 1.2. Kardiomiocitų struktūra
Kiekvieną kardiomiocitą supa apvalkalas, vadinamas sarkolema, kurią sudaro ląstelės 99 nm pločio, dažniausiai trisluoksnės plazminė membrana (plazmolema) ir išorinis sluoksnis, vadinamas glikokaliksu, savo sudėtyje turintis IV ir V tipo kolagenų ir nekolageninių glikoproteinų. Sarkolemoje išskiriama:
A. Nespecializuotoji zona – joje apvalios ar ovalios formos 85-100 nm membranos įlinkiai, atsiveriančių į tarpląstelinę terpę – tai sarkolemos pūslelės. Jų tiksli funkcinė paskirtis nėra iki galo aiški, tačiau yra manoma, jog šios struktūros gali atlikti pinocitozinę funkciją, arba dėl padidinti bendrą ląstelės ir tarpląstelinės terpės efektyvios medžiagų apykaitos plotą;
B. T vamzdelių sistema – tai yra sarkolemos įlinkių formuojamų vamzdelių, einančių skersai nuo ląstelės laisvojo paviršiaus ir aplink miofibriles, tinklas. Ties Z plokštelėmis šios įlinkių formuojamos struktūros atsiveria 200 nm skersmens angomis. Šios sistemos paskirtis – užtikrinti tiesioginį, efektyvų, bet uždarą ryšį tarp užląstelinės ir gilesnių sričių viduląstelinės terpių sričių, taip optimizuojant elektrinių impulse plitimą, jonų apykaitos procesus bei sujaudinimo – kontrakcijos asociaciją širdies skilvelių miokarde.
C. Tarpląstelinių jungčių zona – topografiniu požiūriu galimos įvairaus tipo jungtys: galas su galu, šonas su šonu (šoninės jungtys) (3, 4 pav.) [10, 11].
3 pav. Miokardo skenuojanti elektroninė mikroskopija (kairėje) ir jos schema (dešinėje): ID –
12
4 pav. Žmogaus skilvelio kardiomiocitų įvairių jungčių schema: a – ląstelių kūnų jungtis galas su galu;
b – ląstelių kūnų ir serijinių atsišakojimų galas su galu jungtys; c – ląstelių kūnų ir atsišakojimų jungtis galas su galu; d – ląstelių šonininė jungtis; e – tipinė ląstelės jungtis per šonines atšakas; f – „laiptų“ formavimasis (T – ląstelės kūnas, S – serijinė atšaka, L – šoninė atšaka, ST – laiptinė jungtis)
(Sawada K, Kawamura K.[10])
Tuo tarpu, kontraktiliniai, apie pusę kardiomiocito citoplazmos tūrio apimantys elementai pasižymi nuo sudėtingos, periodiškos organizacijos priklausančia, besikartojančia anizotropinių (A) ir izotropinių (I) juostų (diskų) struktūra. Vertinant poliarizuotos šviesos mikroskopija A diskai atrodo labai šviesūs, nes ryškiai dvigubai laužia šviesą, o I diskai, priešingai – tamsūs, nes šviesos nelaužia visa. A disko viduryje matyti kiek mažiau anizotropiška H zona su viduryje stebima tamsesne M linija. Gretimos Z linijos, kurių kiekviena skiria I diskus į dvi dalis, sudaro 1,6-2,2 mikronų ilgio sarkomerą.
Į A disko sudėtį įeina storieji miofibrilių miofilamentai, 1,5 µm ilgio ir 10-15 nm skersmens miozino molekulių agregatai, o į I disko – plonieji 1 µm ilgio ir 4-8 nm skersmens aktino bei modulinių baltyminių molekulių junginiai. Vykstant susitraukimo procesui, aktino filamentai palaipsniui slenka A disko teritorijos link. Tuo tarpu, nuo miozino atsišakojusios į spirales panašios jungtys – M linijos sudaro skersinius tiltelius su plonaisiais aktino ir tropomiozinų komponentais.
Nemažą kardiomiocito viduląstelinės terpės tūrio dalį užima biopolimerinės struktūros – citoskeleto filamentai, kuriuos sudaro apie 25 nm mikrotubulės, apie 6 nm mikro- bei aktinofilamentai bei iki 10 nm dydžio tarpiniai filamentai, iš kurių vyraujantis – tarpinis filamentas desminas. Šios širdies ląstelės citoskeletą formuojančios struktūros jungia gretimų miofibrilinių Z linijas ir su plazmolemos paviršiumi. Dėl šių jungčių Z linija atrodo dantyta [10, 11, 12].
Apibendrinant galima teigti, jog kardiomiocitas – tai yra sudėtingos, tarpusavyje darniai integruotos, specializuotą funkciją atliekančios biologinės sistemos pavyzdys, kurio viduląstelinių struktūrinių komponentų išsidėstymas lemia optimalią kontraktilinę funkciją.
13 1.3. Sarkomero struktūra ir širdies susitraukimas
Širdies raumens kontrakcinė funkcija priklauso nuo kontraktilinių aktini bei miozino baltymų bei modulinių tropomiozino ir troponino baltymų. Kaip minėta anksčiau, šiems tarpusavyje saveikaujantiems didelės molekulinės masės baltymams būdinga griežta viduląstelinė struktūrinė organizacija, kur aktinas sudaro plonuosius, o miozinas – storuosius miofilamentus. Kaip žinoma, vykstant kontrakcijai, minėti du kontraktiliniai baltymai sąveikauja per skersinius tiltelius, kurie susidaro nuo miozino atsišakojant į spirales panašioms jungtims – miozino galvutėms.
Kai sarkomero kontrakcija nevyksta, storieji filamentai užima tik vidurinę sarkomero dalį ir suformuoja aiškiai matomus A diskus. Tuo tarpu, plonųjų filamentų vienas iš galų yra prie Z linijos, o kitas – laisvas ir nesiekiantis sarkomero vidurinės zonos – matomi vadinami I diskai, kurie užima apie ketvirtadalį A disko, dėl ko sarkomero viduryje matoma šviesesnė H zona ir jos centrinėje dalyje esanti tamsesnė M linija.
Įvykus sarkomero kontrakcijai, aktino filamentai su prie jų prisitvirtinusiais moduliniais baltymais slenka sarkomerino vieneto vidurinės dalies link, dėl ko Z linijos, skiriančios sarkomerus, artėja viena prie kitos, o H zona su M linija išnyksta.
Esminė širdies kontraktilinei funkcijai užtikrinti yra sąveika tarp aktino ir miozino miofilamentų. Atsipalaidavus sarkomerui, t.y. nevykstant kontrakcijai, sąveiką tarp aktino bei miozino blokuoja tropomiozinas bei moduliniai troponinų baltumai. Iš sinusinio mazgo plintantys veikimo potencialai padina širdies raumens membraninių struktūrų laidumą, dėl ko keičia viduląstelinė ir užląstelinė natrio bei kalio jonų koncentracijos pasyviosios pernašos būdu. Vykstant šiems natrio ir kalio jonų pokyčiams kalcio jonai iš sarkoplazminio tinklo patenka į viduląstelinę terpę, kur sąveikauja su troponinu C, dėl ko pasikeičia kitų modulinių baltymų trimatė konformacija ir sąveika su tropomiozinu, dėl ko atsiranda galimybė susiformuoti aktino – miozino tilteliams, ir judant miozino „galvutėms“ įvyksta kontrakcijos judesys – sarkomeras sutrumpėja. Šie sujaudinimo ir kontrakcijos mechanizmai vyksta širdies sistolės iniciacijos metu.
Širdies diastolės periodo pradžioje kalcio jonai juda priešinga kryptimi, t.y. iš viduląstelinės terpės į endoplazminį tinklą. Šio proceso rezultatas – dėl konformacinių modulinių aktino baltymų pokyčių, sąveika tarp aktino ir miozino yra blokuojama. Tuo tarpu, fiziologinės vidinės terpės jonų koncentracijos pastovumas, esant ramybės potencialui, atstatomas pasitelkiant ląstelines transmembranines aktyviosios pernašos sistemas, panaudojant adenozintrifosfato energiją [8, 9, 11].
Apibendrinant galima teigti, jog kardiomiocito kontraktilinę funkciją lemia glaudi, integruota viduląstelinių struktūrų sistema, kuri lemia histomorfologinius kardiomiocitų pokyčius, matomus šviesiniu ir elektroniniu mikroskopu.
14 1.4. Širdies remodeliavimosi patofiziologiniai mechanizmai
Širdies skilvelių remodeliavimasis, arba persitvarkymas – tai dinaminis procesas, kurio metu vyksta molekulinio ir ultrastruktūrinio lygmens pokyčiai, kurie sąlygoja aktyvų kontraktilinį audinį sudarančių širdies raumens ląstelių struktūros geometrinius pokyčius bei funkcinius metabolizmo poslinkius ir šių ląstelių sąveikos su intersticinio komponento elementatais transformaciją. Minėtus struktūrinius ir funkcinius pokyčius stimuliuoja lėtinių išeminių procesų ar ūmios išemijos priepuolio sąlygota miokardo pažaida [4, 13].
Skilvelių sienas sudarančių ūminės išemijos priepuolio pažeistų struktūrų persitvarkymas, arba remodeliavimasis, inicijuojamas jau pirmosiomis dienomis po įvykusio pažeidimo, kai regeneruojantis jungiamasis audinys pakeičia nekrozės židinį. Skilvelių sienų patiriamas stresas ir dėl pažaidos sutrikusi hemodinamikos funkcija sąlygoja neuroendokrininių sistemų veikliųjų molekulių kaskadines reakcijas. Tokiu principu yra aktyvuojamos renino – angiotenzino – aldosterono (RAAS), adrenerginės sistemos, uždegimą stimuliuojantys ir palaikantys citokinai bei vazokonstriktoriai [14].
Įvykus ar vykstant širdies raumens pažaidai mažėja širdies išstumiamas tūris, dėl ko aktyvinama su adrenerginiu stimuliavimu susijusius procesus fiziologiškai kontroliuojanti simpatinė nervų sistema (SNS), didėja aktyvinamasis baro- ir mechanoreceptorių poveikis, dėl ko sutrinka širdies ritmo reguliacija ir didėja periferinis kraujagyslių pasipriešinimas, kurio poveikį susitiprina nuolat padidėjusi išsiskiriančio norepinefrino koncentracija. Dėl stimuliacinio poveikio į beta1 adrenerginius receptorius suintensyvėjęs chronotropinis poveikis bei miokardo susitraukimo jėga, o į alfa1 adrenerginius receptorius - nežymiai pozityvus inotropinis poveikis bei periferinė vazokonstrikcija ilgainiui, užsitęsus simpatinės sistemos efektui, gali tapti žalingais, o ne kompensuojančiais procesais dėl nuolat padidėjusių energetinių resursų ir išteklių poreikio miokardui [14].
Be to, ilgalaikė simpatinė inkstų audinio perfuzijos stimuliacija gali paskatinti neosmosinės kilmės vazopresino išsiskyrimą iš neurohipofizės, dėl ko surenkamuosiuose inkstų kanalėliuose reabsorbuojamas didesnis skysčių tūris, prisidedama prie periferinės vazokonstrikcijos, suintensyvėja endotelino sintezė. Tuo pačiu, kaip atsakas į vazokonstrikcinę kardiovaskulinės sistemos reakciją, aktyvuojama vazodilatacinėmis savybėmis pasižyminčių neurohumoralinių veiksnių, tarp jų ir prostaciklino (PGI2) bei prostaglandino E2 (PGE2), sintezė. Todėl galima teigti, jog vazokonstrikciniam poveikiui yra priešinimasi per natriurezės mechanizmą, veikiant vazodilatacinėmis savybėmis pasižymintiems prostaglandinams, bei endotelio ląstelėms išskiriant azoto oksidą. Vis dėlto, progresuojant kardiovaskulinės sistemos pažaidai, ryškėjant ŠN, šių vazodilatacinių mechanizmų poveikis silpnėja, ima dominuoti vazokonstrikcinis poveikis, kas dar ženkliau padidina pirminės pažaidos sukeltą neigiamą efektą [14].
15 Kalbant apie trumpalaikį humoralinių veiksnių poveikį įvykus širdies raumens pažaidai, svarbu aptarti aktyvuojamos RAAS poveikį. Dėl kardiovaskulinės sistemos pažaidos susilpnėjus inkstų audinio perfuzijai, išskiriamas reninas skatina angiotenzinogeno transformaciją į angiotenziną I, o veikiant angiotenzino fermento konvertazei – į angiotenziną II, aktyvina aldosterono išskyrimą iš antinksčių sluoksnio glomeruloidinės zonos ląstelių. Minėtos vazoaktyviosios medžiagos trumpalaikės perspektyvos kontekste užtikrina optimalią organų perfuziją, tačiau ilgalaikis poveikis turi negatyvų profibrozinius procesus stimuliuojančius signalus. Aptartų RAAS ilgalaikio poveikio į kardiovaskulinę sistemą rezultatas – miokardo hipertrofija ir fibrozė, dėl ko sumažėja širdies skilvelio sienos elastingumas, didėja standumas. Be to, aldosteronas pasižymi norepinefrino įsisavinimą į ląsteles slopinančių poveikiu. Teoriškai siekiant atstatyti skysčių ir elektrolitų disbalansą, turėtų būti stimuliuojama natriuretinių peptidų sistema, tačiau šios sistemos, priešingai negu RAAS, poveikis progresuojant ŠN reikšmingai mažėja [15, 16].
Esant pažaidai patiriamas oksidacinio streso ir laisvųjų deguonies radikalų (LDR) poveikis kardiomiocituose stimuliuoja fetalinių genų programų reaktyvaciją bei hipertrofijai tipiškus struktūrinius kardiomiocitų pokyčius ir fibroblastų proliferaciją bei kolageno sintezę, aktyvuoja matrikso metalo proteinazes (MMP) pasireiškiant jų proteoliziniam poveikiui [3].
Nepaisant po pirminės širdies pažaidos neurohumoralinių signalinių sistemų inicijuotų kompensacinių reakcijų, siekiant atstatyti kardiovaskulinės sistemos funkciją, ilgainiui nepertraukiama šių sistemų aktyvacija sukelia vadinamą antrinį širdies raumens pažeidimą su nepakankamu skilvelių persitvarkymo, arba remodeliavimosi, mechanizmu [16], dėl ko išryškėja ŠN klinikiniai požymiai.
Vykstant patologiniam procesui, miokardo hipertrofiniai pakitimai yra prisitaikymo reakcijų atsakas, kuris padidina miocitų susitraukimo jėgą. Hipertrofiniai miokardo pakitimai stebimi ir fiziologinėmis sąlygomis, tačiau nepaisant persidengiančių fiziologinės ir patologinės hipertrofijos mechanizmų, yra ir svarbių skirtumų, nes sportininkų išsiplėtusios širdys funkcionuoja veiksmingai, o sergančiųjų panašios masės širdys struktūriniu ir funkciniu požiūriu yra nepakankamos [17, 18, 19] dėl neefektyvių ir neadekvačių organizmo poreikiams miokardo kontraktlinių struktūrų pokyčių [20]. Atsižvelgiant į padidėjusią apkrovą (pvz., kraujospūdžio padidėjimą, esant hipertenzijai), širdis turi veikti sunkiau nei įprastomis sąlygomis – didėja širdies raumeninių lastelių masė ir dydis [20, 21].
Patologinė ir fiziologinė hipertrofija, priklausomai nuo formos pokyčių dėl inicijuojančio veiksnio, gali būti [24-26]:
A. Koncentrinė hipertrofija – tai santykinio sienelės storio ir širdies masės padidėjimas, su mažu kameros kiekio sumažėjimu arba be jo, būdinga lygiagrečiai padidėjęs miocitų ląstelių plotis;
16 B. Ekscentrinė hipertrofija – tai širdies masės padidėjimas su padidintu kameros pločiu, t.y., išsiplėtusiomis kameromis, santykinis sienos storis gali būti normalus, sumažėjęs ar padidėjęs, naujų sarkomerų susidarymas sukelia miocitų ilgio didėjimą [1, 27].
Apibendrinant, galima teigti, jog vykstant kompensacinėms reakcijoms, pradinis širdies masės padidėjimas normalizuoja sienų įtampą ir leidžia normaliai širdies ir kraujagyslių funkcijai atsipalaiduoti, t. y. kompensuoti augimą. Jei lėtinis sienos apkrovos padidėjimas nemažėja, hipertrofinė širdis gali išsiplėsti, susitraukinėjimo (kontrakcijos) funkcija sumažėti ir išsekus organo resursams gali įvykti širdies dekompensacija.
1.5. Kardiomiocitų dydžio ir formos pokyčiai, vykstant širdies remodeliavimuisi
Pagrindinis širdies biologijos principas, kad dauguma subrendusių širdies miocitų yra nulinės diferencijacijos ląstelės ir jos nesidaugina, o reaguodamos į stresą didėja, mažėja arba miršta [1].
Struktūrinis persitvarkymas yra pagrindinis ŠN bruožas. Kardiomiocitai, vykstant širdies raumens rekonstrukcijai, pirmiausiai hipertrofuoja, o ne hiperplazijuoja (t.y., kad kardiomiocitai gali augti, bet jų skaičius nedidėja). Įprastai žinduolių širdis turi apie 25 milijonus miocitų kairiojo skilvelio audinio gramui. Naudinga ir nuosekli priemonė, siekiant įvertinti kardiomiotocitų morfologijos pokyčius progresuojant ŠN, yra jų ilgio ir pločio santykis (7:1 – nepažeistų širdies miocitų). Miocitų ilgio ir pločio santykis didėja progresuojant ŠN [24, 25].
Patologinė KS hipertrofija ir geometrija gali būti klasifikuojama naudojant 2 paprastus parametrus: santykinis sienelės storis (RWT), apskaičiuotas kaip užpakalinės sienos storis × 2 / kairiojo skilvelio vidinis skersmuo galinėje diastolėje ir kairiojo skilvelio masės (LVM) indeksas (LWMi, normalizuotas pagal kūno paviršiaus plotą arba aukštį). Šie parametrai leidžia klasifikuoti kairiojo skilvelio geometriją į 4 tipus: normalus (RWT ≤0,42 ir normalus LWMi), koncentrinis remodeliavimas (normalus LWMi su RWT> 0.42), koncentrinis (padidėjęs LWMi ir RWT> 0,42) arba ekscentrinė hipertrofija (padidinta LWMi ir RWT ≤0,42) [4].
Esant perkrovai dėl padidėjusio spaudimo (kai yra arterinė hipertenzija ar aortos vožtuvų stenozė), daugiausia storėja miofibrilių pluoštai, sintetinami kontraktiliniai baltymai išsidėsto lygiagrečiai esamiems sarkomerams, dėl to padidėja kardiomiocitų skersmuo, pastebimai nekintant jų ilgiui. Skilvelio sienos storis, lyginant su ertmės spinduliu, padidėja, t.y. susidaro koncentrinė hipertrofija. Kai yra perkrova dėl padidėjusio kraujo tūrio, skilvelis hipertrofuoja ir išsiplečia, t.y. pasireiškia ekscentrinė hipertrofija. Skilvelio sienos storis ir ertmės spindulys didėja, kardiomiocitai
17
5 pav. Kardiomiocitų dydžio ir formos pokyčiai: A – naujagimio (širdies masė – 15 g, kairiojo skilvelio
– 7 g); B – suaugusiojo (širdies masė – 300 g, kairiojo skilvelio – 100 g); C – sportininko (širdies masė – 500 g, kairiojo skilvelio – 200 g); D – koncentrinė hipertrofija dėl padidėjusio kraujospūdžio (širdies masė – 650 g, kairiojo skilvelio – 400 g), E – Ekscentrinė hipertrofija (dekompensacijos fazė)
(širdies masė – 900 g, kairiojo skilvelio – 500 g (Linzbach AJ [27])
daugiau pailgėja nei sustorėja (5 pav.) [27, 28]. Miofibrilės pailgėja dėl papildomų kontraktilinių baltymų prisijungimo prie jau esamų išilgai pastarųjų ašiai.
Esant perkrovai dėl padidėjusio spaudimo (kai yra arterinė hipertenzija ar aortos vožtuvų stenozė), daugiausia storėja miofibrilių pluoštai, sintetinami kontraktiliniai baltymai išsidėsto lygiagrečiai esamiems sarkomerams, dėl to padidėja kardiomiocitų skersmuo, pastebimai nekintant jų ilgiui. Skilvelio sienos storis, lyginant su ertmės spinduliu, padidėja, t.y. susidaro koncentrinė hipertrofija. Kai yra perkrova dėl padidėjusio kraujo tūrio, skilvelis hipertrofuoja ir išsiplečia, t.y. pasireiškia ekscentrinė hipertrofija. Skilvelio sienos storis ir ertmės spindulys didėja, kardiomiocitai daugiau pailgėja nei sustorėja (5 pav.) [27, 28]. Miofibrilės pailgėja dėl papildomų kontraktilinių baltymų prisijungimo prie jau esamų išilgai pastarųjų ašiai.
JAV mokslininkų atlikti tyrimai parodė, kad išemine širdies liga sergančiųjų pacientų miocitų ilgis padidėja 40%. Ląstelių plotis reikšmingai nesiskiria, o ląstelių ilgio ir pločio santykis 49% didesnis pacientų sergančiųjų IŠL [24].
JAV mokslininkų tyrimo duomenimis, atlikus dešimties širdžių, kai transplantacijos pacientams buvo diagnozuotas išeminės kilmės širdies nepakankamumas, mikroanatomijos vertinimą, kairiojo skilvelio matavimai parodė, kad širdies svoris padidėja 85%, bendra miocitų masė padidėja 47%, o miocito apimtis per branduolį yra 103% didesnė, palyginus su kontrolinėje grupėje nustatytais pakitimais. Kairiojo skilvelio miocituose su hipertrofiniais pakitimais šių ląstelių ilgis ir skersmuo
18 padidėjo atitinkamai 51% ir 16%. Apskaičiuota, kad miocitų skaičius sumažėjo 28%, o jungiamojo audinio tūris padidėjo 28%. Šios išvados patvirtina hipotezę apie grynąjį kardiomiocitų ląstelių nuostolį, kuris pasireiškia vykstant kompensaciniams procesams, esant išeminės kilmės širdies pažeidimui [4].
Apibendrinant galima teigti, jog įvykus išeminės kilmės širdies raumens pažaidai, siekiant atstatyti kardiovaskulinės sistemos funkciją, stimuliuojamų kompensacinių reakcijų poveikis pasireiškia žalojančiu efektu ir ilgainiui pagilina širdies raumens kontraktilinę disfunkciją.
19
2. TIRTASIS KONTINGENTAS IR METODAI
2.1. Tirtasis kontingentas
Ištirti 28 IŠL sirgusių vyrų miokardo mėginiai. Tirtiesiems ligoniams nebuvo nustatyta jokių kitų, išskyrus išemiją, miokardo hipertrofiją lemiančių veiksnių (sisteminės arterinės hipertenzijos, reumatinių širdies ydų, kardiomiopatijų, įgimtų širdies ydų, cukrinio diabeto, plaučių ligų ir kt.). Tiriamieji suskirstyti į tris grupes. Pirmoji – IŠL grupė, kai nebuvo ŠN simptomų, kurią sudarė 14 vyrų, mirusieji staiga, t.y per 6 val. nuo ūminio širdies priepuolio simptomų pradžios, ne ligoninėje, kai autopsijos metu nenustatyta poinfarktinio rando(ų), o ūminiai išeminiai miokardo pažeidimai buvo ne daugiau kaip 12 val. trukmės,amžiaus vidurkis – 47,1+5,8 metų [29]. Antroji – IŠL grupė, kai buvo ŠN, ją sudarė 14 mirusiųjų tokiomis pat aplinkybėmis kaip ir pirmosios grupės, amžiaus vidurkis – 48,1+5,7 metų. Atlikus autopsiją, jiems buvo nustatytas poinfarktinis randas, bet nebuvo klinikinių ŠN simptomų. Pirmosios ir antrosios tiriamosios grupių asmenys nebuvo gydyti miokardo fibrozę reguliuojančiais vaistais [30].
Kontrolinę grupę sudarė 12 tiriamųjų (amžiaus vidurkis 46,9 ± 5,6 metų), kurie mirė per pirmąją parą nuo išorinių priežasčių bei ūminių ligų, nesusijusių su širdies patologija.
Tiriamoji medžiaga atrinkta iš Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Kardiologijos instituto Kardialinės patologijos laboratorijoje įvairiomis širdies ligomis sirgusiųjų kaupiamo audinių (įlietų į parafiną) banko.
2.2. Tyrimo metodai
Specialus mirusiųjų nuo IŠL morfologinis (makroskopinis ir mikroskopinis) širdies, vainikinių arterijų ir miokardo tyrimas atliktas remiantis modifikuota Pasaulinės sveikatos organizacijos (PSO) rekomenduota fatalinės IŠL tyrimo metodika [29].
2.2.1. Makroskopinis ir histologinis miokardo tyrimas
Po fiksacijos 10 % buferinio formalino tirpale abu skilveliai ir tarpskilvelinė pertvara supjaustyti 5 mm storio skersiniais pjūviais nuo širdies bazės link viršūnės. Šie pjūviai, arba histotopogramos, tirti vizualiai įvertinant raumens spalvą, konsistenciją, jų pokyčius bei židininius
20 išeminius pažeidimus (nekrozę, jungiamojo audinio išvešėjimą ir kt.). Šviežios koaguliacinės nekrozės 0,5 cm ir didesnio skersmens židinys vertintas kaip miokardo infarktas (unifokalinis ir multifokalinis), o reparacinės, arba substitucinės, fibrozės – kaip poinfarktinis randas; mažesni kaip 0,5 cm skersmens židinėliai – atitinkamai kaip mikronekrozė ir smulkiažidininė fibrozė.
Po vertinimo tiriamoji medžiaga įliejama į parafiną vakuumo terpėje naudojant standartinę metodiką. Iš parafininių blokų rotaciniu mikrotomu Leica buvo rengiami penki standartiniai 3 ir stori 30 m parafininiai pjūviai, tiesinami vandens vonelėje Sakura, uždedami ant SuperFrost plus objektinių stiklelių ir džiovinami ant histologinių pjūvių sausinimo stalo Thermo Electron
Corporation. Dažymas atliktas pagal standartizuotas metodikas dažymo automatu Shandon Varistain Gemini.
Standartiniai miokardo pjūviai (histotopogramos) dažyti hematoksilinu-eozinu ir tirti optiniu mikroskopu Olympus BX61 įvertinant ūminius ir lėtinius išeminius pažeidimus bei jų trukmę (histologinį amžių). Pastarasis nustatytas remiantis PSO ekspertų rekomenduojamais ir visuotinai priimtais standartiniais MI morfologiniais kriterijais bei kontraktilinio miokardo pokyčiais [29, 31].
2.2.2. Histomorfometrinis tyrimas
Miokardo histologiniai pjūviai, dažyti hematoksilinu eozinu, skenuoti 3D Histech Pannoramic MIDI įrenginiu, naudojant 20x/0,8 objektyvą, Hitachi HV-F22CL kamerą. Skersinių miokardo pjūvių vaizdai buvo importuoti į programą Image-Pro Plus 7.0 (MediaCybernetics). Tolimesnei analizei pažymėti skersai nupjauti kardiomiocitai, kuriuose buvo stebimas branduolys (6 pav.). Kadangi kardiomiocitų skerspjūvis nėra taisyklingas skritulys, matuoti šie kardiomiocitų dydžio ir formos parametai: skerspjūvio plotas (µm²), maksimalusis spindulys – ilgiausia atkarpa, jungianti kardiomiocito centrą su jo perimetru (µm), minimalusis spindulys – trumpiausia atkarpa, jungianti kardiomiocito centrą su jo perimetru (µm). Apskaičiuota spindulių santykis – maksimalaus ir minimalaus spindulio santykis ir apskritumas – pagal formulę: (perimetras2) / (4x
x plotas). Cirkuliaraus objekto apskritumas = 1, kitos formos > 1. Kiekvienam tiriamajam išmatuota 50 kardiomiocitų. Matavimams reikalingas kardiomiocitų skaičius apskaičiuotas remdamiantis bandomaisiais matavimais, įvertinus parametrų vidurkius bei dispersijas ir apskaičiavus imties tūrį [27]. Matavimus atliko vienas ir tas pats tyrėjas (darbo autorė), nežinodamas klinikinio ir morfologinio tyrimo duomenų. Buvo atlikta bandomoji studija, kurios metu standartizuoti tyrimo rezultatai tarp dviejų tyrėjų įvertinant tyrimo paklaidą, pakartotinai matuojant tuos pačius pjūvius tyrėjams nežinant. Paklaida nesiekė 5%.21
6 pav. Pažymėtų skersinių kardiomiocitų pjūvių vertinimas
2.2.3. Statistinė analizė
Išanalizuotas kiekvieno tiriamojo pradinių morfometrinių duomenų skirstinys, tikrinant nulinę, ar turimi skirstiniai atitinka normalųjį (Kolmogorovo – Smirnovo testo statistika) [32]. Nustatyta, kad atmesti nulinę hipotezę apie nagrinėtų duomenų normalųjį skirstinį nėra pagrindo, todėl toliau naudoti normaliojo skirstinio duomenų vidurkių ir dispersijų analizės standartiniai metodai. Įvertinti tiriamųjų histomorfometrinių pametrų imties vidurkio ir dispersijos pasikliautinieji intervalai. Nustatytas trumpas intervalo ilgis, mažas standartinės paklaidos ir parametro vidurkio santykis (visų
22 parametrų <5 %) rodo pakankamai didelį imties tūrį ir tai, kad jis tiksliai rodo šių parametrų generalinę aibę. Histomorfometriniams parametrams palyginti tarp dviejų ir daugiau grupių naudotas dispersinės analizės (ANOVA) dviejų faktorių metodas, įvertinant grupės ir kiekvieno tiriamojo morfometrinių parametrų dispersijas [32]. Ryšių tarp vertinamų parametrų stiprumui įvertinti atlikta koreliacinė analizė. Skirtumai statistiškai reikšmingais laikyti, kai p<0,05 (pasikliautinumo lygmuo P = 0,95).
23
3. REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS
Mūsų Atliktų tyrimų duomenimis, kai yra lėtinė išemija ir nėra ŠN, KS kardiomiocitų skerspjūvio plotas buvo 47% statistiškai reikšmingai didesnis lyginant su kontrolinės grupės analogišku rodikliu (7 pav. p<0,001), t.y. atsiranda kardiomiocitų hipertrofija. IŠL grupės, kai buvo ŠN požymių, KS atokiosios nuo poinfarktinio rando srities kardiomiocitų skerspjūvio plotas buvo statistiškai reikšmingai 125% didesnis už kontrolinės (p<0,001), ir 54% – už IŠL, kai nebuvo ŠN, grupės parametrus (p<0,001), t.y. toliau progresuoja kardiomiocitų hipertrofija.
Suskirsčius tiriamuosius į kardiomiocitų dydžio terciles, išryškėjo, kad stipriausiai padidėjo taip vadinami „mažieji“ (pirmosios tercilės) kardiomiocitai (8 pav.).
Minimalusis ir maksimalusis kardiomiocitų spindulys didėjo panašiai: IŠL grupės, kai nebuvo ŠN, šie parametrai buvo didesni 22 (p<0,001) ir 25% (p<0,001), o IŠL grupės, kai buvo ŠN, 51 (p<0,001) ir 55% (p<0,001) atitinkamai lyginant su kontrolinės grupės rodikliais (9 pav.).
Šie mūsų duomenys rodo, kad širdies raumens hipertrofija pasireiškia esant lėtinei miokardo išemijai, dar iki įvykstant pirmajai ūminei IŠL atakai, didėjant kardiomiocitų skerspjūvio plotui. Eksperimentinių tyrimų duomenimis, kardiomiocitų dydžio parametrų kitimą lemia širdies perkrovos tipas: kai yra perkrova dėl padidėjusio spaudimo vyrauja skersmens padidėjimas, kai perkrova dėl didėjančio tūrio – kardiomiocitų pailgėjimas. P. Anversa ir kt. [33] nustatė, kad, praėjus aštuonioms paroms po perkrovos dėl spaudimo, žiurkių kairiojo skilvelio speninio raumens lygiagrečiai išsidėsčiusių miofibrilių skaičius buvo padidėjęs 84%. Po perkrovos tūriu, sukeltos eksperimentiniams
7 pav. Kairiojo skilvelio kardiomiocitų skerspjūvio plotas (vidurkis, standartinė paklaida):
*p<0,01 – tarp tiriamosios ir kontrolinės grupių, **p<0,01 – tarp IŠL grupės, kai buvo ŠN ir IŠL grupės, kai ŠN nebuvo
24 gyvūnams vidutinio fizinio krūvio metu, kardiomiocitai buvo pailgėję 22%, sarkomerų padaugėjo išilgai miofibrilių. Kai perkrova trunka mėnesius, pastebimas tiek kardiomiocitų skerspjūvio ploto, tiek ilgio didėjimas. Greičiausiai, priklausomai nuo perkrovos tipo, vien tik skerspjūvio ploto ar vien tik ilgio padidėjimas gali būti tik pradiniu perkrovos laikotarpiu, kurį ir tyrinėjo anksčiau minėti autoriai.
Analogiško pobūdžio žmonių tyrimo, kuris apimtų tik lėtinės miokardo išemijos ir poinfarktinio IŠL laikotarpį, duomenų literatūroje nėra. M.Ischijima duomenimis, [34], nustatyta 45% padidėjęs kairiojo skilvelio kardiomiocitų skersmuo, kai buvo didelė (75%) visų trijų vainikinių arterijų aterosklerozinė stenozė (be poinfarktinių randų). Tirdamas KS raumenį, paimtą aortos– vainikinių arterijų nuosrūvio suformavimo operacijos metu, R. Okada su bendraautoriais nustatė 49% padidėjusį kardiomiocitų skersmenį ligoniams, sergantiems krūtinės angina, kai buvo vidutinio laipsnio vainikinių arterijų aterosklerozinė stenozė (50-75%) ir 61% – kai stenozė buvo didelio laipsnio [35]. Šio tyrimo duomenimis, tiek maksimalusis, tiek minimalusis kardiomiocitų spindulys buvo daugiau negu 25 ir 22% didesnis negu analogiškas kontrolinės grupės rodiklis.
8 pav. Kairiojo skilvelio kardiomiocitų vidutiniojo skersmens kitimas:
viršuje – “didieji” (III-osios tercilės), viduryje – “vidutinieji” (II-osios tercilės), apačioje – “mažieji” (I-osios tercilės) kardiomiocitai.
Juoda spalva – tiriamasias grupės padidėjimas (%) lyginant su kontroline grupe.
25 Kardiomiocitų hipertrofija konstatuota žmogui ir gyvūnams po eksperimentinio miokardo infarkto. Žuvus širdies raumeniui (po MI), neinfarktinėje, vadinamoje intaktinėje, zonoje randama tiek pailgėjusių, tiek ir sustorėjusių kardiomiocitų. Po trijų parų nuo eksperimentinio MI, apimančio 50% KS, pradžios intaktinės srities kardiomiocitų skerspjūvio plotas buvo padidėjęs 28% [32]. Mūsų tirtųjų IŠL grupės, kai buvo ŠN (esant poinfarktiniams randams), intaktinės (neinfarktinės) miokardo srities kardiomiocitų šis kardiomiocitų dydžio parametras lyginant su kontroline grupe buvo padidėjęs 125 procentais. Taigi galima teigti, kad kardiomiocitų hipertrofija – procesas, padedantis prisitaikyti ir ilgą laikotarpį išlaikyti adekvačią organo funkciją sergant IŠL atsiranda jau ankstyvuoju užsitęsusios (pasikartojančios) išemijos metu, dar iki atsirandant kontraktilinio miokardo nuostoliams dėl miokardo infarkto. Kardiomiocitų hipertrofija susijusi su hemodinamikos pokyčiais, pakitus miokardo kontraktiliškumui. Persistentinė miokardo išemija (lemiamas chroninės IŠL veiksnys) paprastai atsiranda, kai dėl aterosklerozinės stenozės vainikinėmis arterijomis tekantis kraujas nepatenkina kardiomiocitų deguonies poreikio. Vienas iš reikšmingiausių išeminio miokardo funkcijos pokyčių yra jo kontrakcijos susilpnėjimas. Dėl to blogėja kraujo išstūmimas iš kairiojo skilvelio, ima rastis jo sistolinės disfunkcijos požymių. Kardiomiocitų hipertrofija mažina sienos įtampą ir gerina širdies funkciją [4, 5, 32].
Dėl funkcinių struktūrinių miokardo ypatybių jo kompensavimo pokyčių morfologinė raiška, lyginant su kitais organais, skiriasi. Iki šiol beveik visuotinai priimta, kad kardiomiocitai geba dalytis tik trumpą laikotarpį po gimimo, todėl jų hipertrofija, t.y. viduląstelinė energetinių ir kontraktilinių elementų hiperplazija yra vienintelis galimas būdas kompensuoti pažeistas funkcijas ir išlaikyti atitinkamą funkcinį aktyvumą. Hipertrofija vyksta jau egzistuojančioje ląstelės “bazėje” ir yra “greites-
26 nis” struktūrinės realizacijos būdas. Intensyvėja kontraktilinių baltymų sintezė, didėja baltymų kiekis, tenkantis ląstelei, mRNR ir rRNR kiekis. Dėl padidėjusio darbo krūvio išaugusiems mechaniniams poreikiams tenkinti susidaro nauji sarkomerai, sintezuojami nauji kontraktiliniai baltymai, kurie sumažina hipertrofijos metu silpstančios širdies pavienių miofibrilių energijos sąnaudas, sumažėja širdies sienos kiekvienos silpstančios ląstelės įtempimas. Kadangi energijos suvartojimas sistolės metu yra atvirkščiai proporcingas sienos įtempimui, hipertrofija padidina miokardo kontrakcijos efektyvumą ir turi energiją taupantį poveikį. Tačiau hipertrofijos stimului išlikus mėnesius ar metus atsiskleidžia neigiami hipertrofijos bruožai, ypač širdies architektūros ir jos ląstelių struktūros pažeidimai, kurie paryškina perkrautos širdies energijos trūkumą [1, 2, 4, 12].
Šio darbo tyrimo tyrimo duomenimis, IŠL grupių, kai nebuvo ŠN ir buvo ŠN, kardiomiocitų apskritumas nesiskyrė ir buvo statistiškai patikimai didesnis už kontrolinės grupės rodiklį (p<0,01) (10 pav.). Todėl preliminariai galima teigti, jog IŠL progresavimas sietinas su kardiomiocitų apvalėjimu.
Vis dėlto, ankstesni šio tyrimo rezultatai atskleidė, kad labiausiai keičiasi taip vadinamų mažųjų kardiomiocitų skerspjūvio plotas, todėl mes apskaičiavome kardiomiocitų apskritumo rodiklį, koreguotą pagal skerspiūvio plotą. Šis IŠL grupės, kai buvo ŠN koreguotas apskritumo rodiklis buvo mažesnis tiek už kontrolinės, tiek ir už IŠL grupės, kai nebuvo ŠN, analogišką rodiklį (p<0,01) (11 pav.).
Todėl galima teigti, jog ŠN progresavimas sietinas su kardiomiocitų apvalėjimu, ką patvirtina ir IŠL grupės, kai buvo ŠN, sumažėjęs koreliacinis ryšys tarp kardiomiocitų skerspjūvio ploto ir jų maksimaliojo ir minimaliojo skersmenų santykio bei apskritumo (12 pav.).
Esant grįžtamiesiems miocitų pažeidimams, kai ląstelės nežūsta, vyksta viduląstelinė reparacinė regeneracija. Normalizuojasi pakitę ląstelių ultrastruktūros arba jų daugėja [38-40]. Kai yra
10 pav. Kairiojo skilvelio kardiomiocitų apskritumas (vidurkis, standartinė paklaida):
27
11 pav. Kairiojo skilvelio kardiomiocitų apskritumas, koreguotas pagal skerspiūvio plotą (vidurkis, standartinė
paklaida): *p<0,01 – tarp tiriamosios ir kontrolinės grupių, **p<0,01 – tarp IŠL grupės, kai buvo ŠN ir IŠL grupės, kai ŠN nebuvo
miokardo nekrozė, vyksta viduląstelinė kompensacinė ultrastruktūrų hiperplazija. Organo funkcija normalizuojasi atkuriant pirminį funkcionuojančių ultrastruktūrų lygį. Tik žuvus ląstelėms, pasikeičia atsigaminančių ultrastruktūrų vieta, jos bus sutelktos likusiose sveikose ląstelėse [1, 2, 4, 41].
Viduląstelinės ultrastruktūrų hiperplazijos pobūdis priklauso nuo stimulo. Esant perkrovai spaudimu, daugiausia storėja miofibrilių pluoštai, kontraktiliniai baltymai (nauji sarkomerai) išsidėsto lygiagrečiai esamiems sarkomerams, dėl to padidėja kardiomiocitų skersmuo, pastebimai nekintant jų ilgiui. Skilvelio sienos storis, lyginant su ertmės spinduliu, padidėja, t.y. koncentrinė hipertrofija. Kai
12 pav. Kairiojo skilvelio atokiosios srities kardiomiocitų skerspjūvio ploto ir spindulių santykio bei
apskritumo ryšys (Pirsono koreliacijos koeficientas, p<0,05):
28 yra perkrova tūriu, skilvelis hipertrofuoja ir išsiplečia, t.y. pasireiškia ekscentrinė hipertrofija. Skilvelio sienos storis ir ertmės spindulys didėja, kardiomiocitai daugiau pailgėja. Miofibrilės pailgėja dėl papildomų kontraktilinių baltymų prisijungimo prie jau esamų išilgai pastarųjų ašiai. Sumažėjus kontraktilinio miokardo masei (po MI), randama tiek pailgėjusių, tiek ir sustorėjusių kardiomiocitų [2, 4]. Šio darbo tyrimo duomenimis, kardiomiocitų forma keičiasi jau sergant IŠL, kai nebuvo ŠN, atsiradus ŠN kardiomiocitų suapvalėja. Tolimesnis ŠN nepakankamumo progresavimas yra susijęs su progresuojančiais kardiomiocitų degeneracijos požymiais [42-46].
29
IŠVADOS
1. Kairiojo skilvelio kardiomiocitų hipertrofija susiformavusi jau esant chroninei miokardo išemijai, toliau progresuoja atsiradus išeminės kilmės širdies nepakankamui – kardiomiocitų skerspjūvio plotas, jų maksimalusis ir minimalusis spinduliai ženkliai didėja.
2. Esant išeminės kilmės širdies nepakankamumui keičiasi kardiomiocitų forma, jie apvalėja – mažėja apskritumo rodiklis, koreguotas pagal skerspjūvio plotą.
3. Sergantiesiems IŠL, kai buvo širdies nepakankamumas, sąsaja tarp kardiomiocitų skerspjūvio ploto ir jų maksimaliojo ir minimaliojo spindulių santykio bei apskritumo silpnėja – koreliacinis ryšys mažėja.
30
LITERATŪRA
1. Burchfield JS, Xie M, Hill JA. Pathological ventricular remodeling: mechanisms. Part 1 of 2. Circ J. 2013; 128: 388–400.
2. Azevedo PS, Polegato BF, Minicucci MF, Paiva SAR, Zornof LAM. Cardiac remodeling: concepts, clinical impact, pathophysiology, mechanism and pharmacologic treatment. Arq Bras Cardiol. 2016; 106(1): 62-69.
3. Talman V, Kivelä R. Cardiomyocyte-endothelial cell interactions in cardiac remodeling and regeneration. Front Cardiovasc Med. 2018; 5:101
4. Lazzeroni D, Rimoldi O, Camici PG. From left ventricular hypertrophy to dysfunction and failure. Circ J. 2016; 80: 555–64.
5. Braunwald E. The war against heart failure: the Lancet lecture. Lancet. 2015; 385: 812–24.
6. Huusko J, Purmonen T, Toppila I, Lassenius M, Ukkonen H. Real-world clinical diagnostics of heart failure patients with reduced or preserved ejection fraction. Esc Heart Failure. 2020; 7: 1039-1048.
7. Takemura G, Kanamori H, Okada H, Tsujimoto A, Miyazaki N, Takada C et al. Ultrastructural aspects of vacuolar degeneration of cardiomyocytes in human endomyocardial biopsies. Cardiovasc Path. 2017; 30: 64-71.
8. Buckberg GD, Nanda NC, Nguyen C, Kocica MJ. What is the heart? Anatomy, function, pathophysiology, and misconceptions. J Cardiovasc Dev Dis. 2018; 5(33): 1-29.
9. Maleszewskia, JJ, Laib CK, Veinotb JP. Chapter 1. Anatomic considerations and examination of cardiovascular specimens (excluding devices). Cardiovascular Pathology (4th ed). Ed. J Butany, ML Buja. 2016; Elsevier Inc. (1–56).
10. Sawada K, Kawamura K. Architecture of myocardial cells in human cardiac ventricles with concentric and eccentric hypertrophy as demonstrated by quantitative scanning electron microscopy. Heart Vessels. 1991; 6: 129–42.
11. Zhang W, Wang Z, Xie C, Wang X, Luo F, Hong M et al. Scaffold with micro/macro-architecture for myocardial alignment engineering into complex 3D cell patterns. Adv. Healthcare Mater. 2019; 8:1-7.
12. Kuo PL, Lee H, Bray MA, Geisse NA, Huang YT, Adams WJ, Sheehy SP, Parker KK. Myocyte shape regulates lateral registry of sarcomeres and contractility. Am J Path. 2012; 181: 2030–7.
13. Westman PC, Lipinski MJ, Luger D, Waksman R, Bonow RO, Wu E, et al. Inflammation as a driver of adverse left ventricular remodeling after acute myocardial infarction. JACC. 2016; 67(17): 2050-60.
31 14. Ohara N, Kaneko M, Suwabe T, Yoshie T, Kuwano H, Ebe K, et al. A case of central diabetes insipidus associated with cardiac dysfunction. AJCCR. 2016; 4(12): 1101-1106.
15. Díez J. Chronic heart failure as a state of reduced effectiveness of the natriuretic peptide system: implications for therapy. Eur J Heart Fail. 2017; 19(2): 167‐176.
16. Medzikovic L, de Vries CJM, de Waard V. NR4A nuclear receptors in cardiac remodeling and neurohormonal regulation. Trends in Cardiovascular Medicine. 2019; 29: 429-37.
17. Bernardo BC, Weeks KL, Pretorius L, McMullen JR. Molecular distinction between physiological and pathological cardiac hypertrophy: experimental findings and therapeutic strategies. Pharmacol Ther. 2010; 128: 191–227.
18. Haque ZK1, Wang DZ2. How cardiomyocytes sense pathophysiological stresses for cardiac remodeling. Cell Mol Life Sci. 2017; 74: 983–1000.
19. Peter AK, Bjerke MA, Leinwand LA. Biology of the cardiac myocyte in heart disease. Mol Biol Cell. 2016; 27: 2149–60.
20. Velagaleti RS, Gona P, Pencina MJ et al. Left ventricular hypertrophy patterns and incidence of heart failure with preserved versus reduced ejection fraction. Am J Cardiol. 2014; 113: 117–22.
21. Moreno MU, Eiros R, Gavira JJ, Gallego C, González A, Ravassa S, López B, Beaumont J, San José G, Díez J. The hypertensive myocardium: from microscopic lesions to clinical complications and outcomes. Med Clin North Am. 2017; 101: 43–52.
22. Marketou ME, Parthenakis F, Vardas PE. Pathological left ventricular hypertrophy and stem cells: current evidence and new perspectives. Stem Cells International. 2016; 1-10.
23. Heinzel FR, Hohendanner F, Jin G, Sedej S. Edelmann F. Myocardial hypertrophy and its role in heart failure with preserved ejection fraction. J Appl Physiol. 2015; 119: 1233–42.
24. Savinova OV, Gerdes AM. Myocyte changes in heart failure. Heart Fail Clin. 2012; 8: 1–6.
25. Bisping E, Wakula P, Poteser M, Heinzel FR. Targeting cardiac hypertrophy: toward a causal heart failure therapy. J Cardiovasc Pharmacol. 2014; 64: 293–305.
26. Li L, Xu J, He L, Peng L, Zhong Q, Chen L, Jiang Z. The role of autophagy in cardiac hypertrophy. Acta Biochim. Biophys. Sin. 2016; 48: 491–500.
27. Linzbach AJ. Heart failure from the point of view of quantitative anatomy. Am J Cardiol. 1960; 5: 370–82.
28. Utkienė L, Pečiulytė L, Bunevičienė V, Kuprytė M, Kalikauskienė Vabalienė D, Pangonytė D. Išeminio miokardo kardiomiocitų geometrijos pokyčiai. Lietuvos bendrosios praktikos gydytojas. 2016; 20: 370–376.
29. Stalioraitytė E, Pangonytė D. Pomirtinė širdies ir kraujagyslių ligų bei sindromų diagnostika. Tyrimo metodai ir duomenų įvertinimas. Kaunas; 1993 (96 p.).
32 30. McMurray JJV, Adamopoulos S, Anker SD, Auricchio A, Bohm M, Dickstein K et al. ESC guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure 2012. The task force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure 2012 of the European Society of Cardiology. Developed in collaboration with the Heart Failure Association (HFA) of the ESC. Eur Heart J. 2012; 33: 1787–847.
31. Bouchardy B, Majno G. Histopathology of early myocardial infarcts. Am J Pathol. 1974; 74: 301– 30.
32. Venclovienė J. Statistiniai metodai medicinoje. Kaunas: Vytauto Didžiojo universitetas; 2010 (344 p.).
33. Anversa P, Capasso JM, Olivetti S, Sonnenblick EH. Cellular basis of ventricular remodeling in hypertensive cardiomyopathy. Am J Hypertens. 1992; 5: 758–70.
34. Ishijima M. Histopathological study on myocardial hypertrophy associated with ischemic heart disease. Jpn Circ J. 1990; 54: 616–23.
35. Okada R, Kawai S, Ishijima M. Relation between coronary stenosis and myocardial lesions determined by a semiquantitative approach to myocardial fibrosis and hypertrophy due to ischemia. Am J Cardiol. 1989; 63 (Suppl): 2E–6E.
36. Vliegen HW., Laarse A, Huysman J, et al. Morphometric quantification of myocyte dimensions validated in normal growing rat hearts and applied to hypertrophic human hearts. Cardiovasc Res. 1987; 21: 352–57.
37. Sharpe N. Cardiac remodeling in coronary artery disease. Am J Cardiol. 2004; 93 (Suppl): 17B– 20B.
38. Moreno P L, Wender OB, Barra M, Pellanda LC, Rohde LE, Clausell N. Endomyocardial biopsy foretells ventricular function recovery after coronary artery bypass grafting. Arq Bras Cardiol. 2004; 83:379–84.
39. Verheyn F, Racz R, Borgers M, Driesen RB, Lenders M-H, Flameng WJ. Chronic hibernating myocardium in sheep can occur without degenerating events and is reversed after revascularization. Cardiovasc Pathol. 23. 2014; 160–168.
40. Buja LM, Heide RSV. Pathobiology of ischemic heart disease: past, present and future. Cardiovasc Pathol. 25. 2016; 214–220.
41. Szibor M, Pöling J, Warnecke H, Kubin T, Braun T. Remodeling and dedifferentition of adult cardiomyocytes during disease and regeneration. Cel Mol Life Sci. 2014; 71: 1907–16.
42. Stone JR. Novel prognostic tissue markers in congestive heart failure. Cardiovasc Pathol. 2015; 24: 65–70.
33 43. Prado FP, Dos Santos DO, Blefari V, Silva CA, Machado J, Kettelhut IDC, Ramos SG, Baruffi MD, Salgado HC, Prado CM. Early dystrophin loss is coincident with the transition of compensated cardiac hypertrophy to heart failure. PLoS One. 2017; 21: e0189469.
44. Tuomainen T1, Tavi P. The role of cardiac energy metabolism in cardiac hypertrophy and failure. Exp Cell Res. 2017; 360: 12–8.
45. Sabbah HN. Silent disease progression in clinically stable heart failure. Eur J Heart Fail. 2017; 19: 469–78.
46. Gajarsa JJ, Kloner RA. Left ventricular remodeling in the post-infarction heart: a review of cellular, molecular mechanisms, and therapeutic modalities. Heart Fail Rev. 2011; 16:13–21.
