Структурная перестройка кардиомиоцитов у больных с дилатационной кардиомиопатией и клапанными пороками сердца

Увеличение длины гипертрофированных кардиомиоцитов (КМЦ) выявлено в единичных клинических [3, 9, 13] и экспериментальных исследованиях [8, 14, 16]. Оно обсуждается в связи с расширением полости желудочка, однако закономерности этой клеточной перестройки мало изучены. Целью настоящего исследования был анализ изменения размера и ультраструктуры КМЦ левого желудочка (ЛЖ) у больных с клапанными пороками сердца, сопровождающимися дилатацией ЛЖ, и у больных с дилатационной кардиомиопатией (ДКМП).

Исследование выполнено на материале интраоперационных биопсий миокарда дилатированного ЛЖ у 10 больных в возрасте 22—59 лет (средний возраст 42,9±12,0 года), в том числе у 4 больных с ДКМП (см. в табл. 1:

больные 1—4) и у 6 больных с врожденными или приобретенными пороками сердца с преобладанием недостаточности аортального (см. в табл. 1: больные 5—7) или митрального (см. в табл. 1: больные 8—10) клапана. Конечно-диастолический объем ЛЖ у больных составлял 272—504 мл (средний объем 366,4±77,0 мл) при норме 110—145 мл, конечно-систолический объем ЛЖ — 92—264 мл (средний объем 197,0±52,6 мл) при норме 45—75 мл, фракция выброса ЛЖ — 29—66% (в среднем 45,7±13,4%). Биопсию брали до пережатия аорты (у 2 больных) или через 7—45 мин после пережатия аорты в условиях фармакохолодовой кардиоплегии с применением кустодиола. У 2 больных было получено по два образца биоптата миокарда, у остальных — по одному образцу. Биопсии взяты в разных областях ЛЖ: верхушки, боковой, задней стенки, сосочковых мышц митрального клапана, межжелудочковой перегородки со стороны ЛЖ (см. табл. 1). Материал фиксировали в растворе 2,5% глютарового альдегида и 1% параформальдегида в 0,1 М фосфатном буфере (рН 7,4), дофиксировали в 1,5% растворе четырехокиси осмия, обезвоживали, заливали в аралдит. Полутонкие срезы ткани окрашивали по методу ШИК с докраской метиленовым синим. На продольных срезах, проходящих через клеточное ядро (объектив 100), измеряли диаметр, длину КМЦ и по 4-балльной шкале оценивали степень утраты миофибрилл (УМФ) в клетке: 0 — УМФ не выявлена, 1, 2, 3 — УМФ соответственно слабая, умеренная или значительная (зоны УМФ занимали соответственно менее 10, 10—50 и более 50% площади среза клетки). Диаметр и длину КМЦ у больных представляли средним арифметическим со стандартным отклонением, степень УМФ — медианой. Сопоставляли размеры клеток в группах КМЦ, имеющих разную степень УМФ. Ультратонкие срезы ткани контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца и изучали в электронном микроскопе Philips CM100. Выявляли корреляции между параметрами КМЦ и данными эхокардиографического обследования больных. При статистическом анализе данных использовали критерии Тьюки, Стьюдента, Данна, Манна—Уитни и Спирмена с уровнем значимости p<0,05. Применяли компьютерные программы GraphPad Software и Statistica 6.0.

КМЦ ЛЖ обследованных больных значительно варьировали по размерам. Средний диаметр КМЦ ЛЖ у больных колебался от 17,1±5,4 до 39,0±8,2 мкм (средний по группе 27,2±7,0 мкм), средняя длина КМЦ — от 40,2±12,6 до 84,5±27,8 мкм (средняя по группе 58,2±11,4 мкм) (см. табл. 1). Средний диаметр КМЦ прямо коррелировал со средней длиной КМЦ в пяти наблюдениях (см. табл. 1) и в целом по группе (r= +0,79; p=0,002).

У всех больных часть КМЦ демонстрировала слабую, умеренную или значительную УМФ (см. табл. 1 и рис. 1).

Рисунок 1. Миокард дилатированного ЛЖ больного с аортальной недостаточностью. Кардиомиоциты с расширенными околоядерными областями и зонами саркоплазмы разной величины, свободными от миофибрилл и заполненными гликогеном. Окраска ШИК и метиленовым синим. ×1000.

Степень УМФ в 7 наблюдениях коррелировала с длиной КМЦ и только в 1 случае — с диаметром КМЦ (см. табл. 1). У всех больных средний диаметр КМЦ достоверно не различался в группах клеток, имеющих разную степень УМФ. В то же время при значительной УМФ длина КМЦ была достоверно выше, чем при умеренной (2 наблюдения), при умеренной — выше, чем при слабой (5), или у КМЦ без УМФ (1), при слабой УМФ длина КМЦ была выше, чем у КМЦ без УМФ (1) (табл. 2).

Гипертрофию кардиомиоцитов, как правило, регистрируют по увеличению их диаметра по сравнению с нормой, которая, по данным разных авторов, составляет 10—15 мкм [4], 12 мкм [13], 15 мкм [9] или 18 мкм [12]. Выделяют слабую, умеренную и значительную гипертрофию миокарда, если средний диаметр КМЦ соответственно составляет 16—20, 21—25 и более 26 мкм [10]. У большинства обследованных нами больных с дилатацией ЛЖ гипертрофия миокарда ЛЖ была значительной или умеренной, и только у 2 больных с преобладанием недостаточности митрального клапана она была слабой.

В единичных исследованиях выявлено увеличение длины гипертрофированных КМЦ по сравнению с нормой, которая составляла 45 мкм [13], 62 мкм [9] или 71 мкм [12]. У больных с концентрической гипертрофией миокарда при хронической гипертензии длина КМЦ была увеличена до 77—90 мкм (по графику) [9] или до 81±10 мкм [12], при аортальном стенозе или системной гипертензии — до 65,1 и 71,2 мкм соответственно в субэпикарде и субэндокарде [15]. У больных с эксцентрической гипертрофией миокарда при клапанных пороках сердца длина КМЦ была увеличена до 83—95 мкм (по графику) [9] или до 102±10 мкм [12]. При ДКМП длина КМЦ ЛЖ оказалась увеличенной на 59% [3]. У обследованных нами больных длина КМЦ ЛЖ оказалась меньше, чем у больных с эксцентрической гипертрофией ЛЖ при клапанных пороках сердца, по данным литературы [9]. Широкий разброс величин при измерении длины КМЦ у больных может быть связан с исходной гетерогенностью этих клеток и разной степенью их сокращения в биоптатах миокарда.

W. Grossman и соавт. [7] предположили, что повышение систолического напряжения стенки желудочка при перегрузке давлением вызывает «параллельную» репликацию саркомеров с утолщением КМЦ и стенки желудочка, а повышение диастолического напряжения стенки при объемной перегрузке — «серийную» репликацию саркомеров с удлинением КМЦ и расширением камеры сердца. Сложились представления, что преимущественное увеличение диаметра КМЦ или пропорциональное увеличение диаметра и длины КМЦ характерно для компенсаторной стадии гипертрофии миокарда соответственно при перегрузке давлением или объемом, в то время как преобладающий рост КМЦ в длину приводит к увеличению объема сердечной камеры с развитием сердечной недостаточности [2, 6].

КМЦ ЛЖ у обследованных больных оказались гетерогенными по ультраструктуре. Для них были типичны разной величины ядра с резко изогнутыми контурами (рис. 2, а, б).

Рисунок 2. Ультраструктура КМЦ дилатированного ЛЖ больных. а — ядро причудливой формы с ядрышком, миофибриллы, очаг сборки миофибрилл, скопления митохондрий, гранулы липофусцина, гликоген, каналы Т-системы, капля жира. ×4800; б — фрагмент ядра, шероховатый эндоплазматический ретикулум, миофибриллы, очаг сборки миофибрилл, скопления митохондрий, гранулы липофусцина, гликоген, капля жира. ×8400; в — комплекс Гольджи, скопление митохондрий, гранулы липофусцина, гликоген, канал Т-системы. ×15000; г — миофибриллы с правильной организацией саркомеров, межмиофибриллярные митохондрии, гликоген, каналы Т-системы. ×15000; д — область саркоплазмы с частичной утратой миофибрилл, митохондрии, гликоген, каналы Т-системы, капля жира. ×8400; е — непараллельно расположенные миофибриллы, митохондрии, гликоген, миелиноподобные тельца. ×15000; ж — очаг нарушения структуры саркомера, митохондрии, гликоген, каналы Т-системы. ×15000; з — множественные вставочные диски, разделенные 3-5 саркомерами, миофибриллы, митохондрии. ×11000.

В околоядерной области некоторых КМЦ выявляли структуры гранулярного эндоплазматического ретикулума (рис. 2, б) и комплекса Гольджи (рис. 2, в). В одних КМЦ были обнаружены плотно расположенные миофибриллы (рис. 2, г), в других — области саркоплазмы разной величины с УМФ, заполненные гликогеном и митохондриями (рис. 2, д). Иногда в КМЦ выявляли очаги сборки миофибрилл (рис. 2, а, б), миофибриллы без четкой внутренней структуры саркомеров (рис. 2, а, б, ж), а также непараллельные миофибриллы (рис. 2, е). Митохондрии, как правило, были конденсированными, имели небольшие размеры, часто располагались скоплениями (рис. 2, б, в). Отмечены слегка расширенные каналы Т-системы (рис. 2, а, в), множественные вставочные диски (рис. 2, з), а также дистрофические изменения: скопления гранул липофусцина (рис. 2, а—в), небольшие миелиноподобные тельца (рис. 2, е), редкие мелкие капли жира (рис. 2, а, б, д).

Выявленные у больных ультраструктурные особенности КМЦ соответствовали типичным признакам гипертрофированных КМЦ, описанным в литературе [4, 9], в том числе у больных с ДКМП [13]. На поздней стадии гипертрофии миокарда для КМЦ характерна нарастающая УМФ, которую авторы расценили как признак дегенерации этих клеток [4, 9, 13]. Мы отмечаем, что ультраструктурные изменения гипертрофированных КМЦ свидетельствуют о клеточной перестройке с активацией структур общего характера (аппарат Гольджи, шероховатый эндоплазматический ретикулум), ослаблением выраженности специализированных признаков и появлением структур, типичных для малодифференцированных КМЦ (очаги сборки миофибрилл, неправильная внутренняя организация саркомеров, непараллельное расположение миофибрилл, наличие множественных вставочных дисков). В связи с этим мы рассматриваем нарастающую УМФ не как выражение дегенерации, а как закономерное проявление глубоких стадий перестройки гипертрофированных КМЦ, развивающихся с ослаблением их тканеспецифических свойств [1].

У всех больных КМЦ, находившиеся на разных стадиях перестройки с усилением УМФ, достоверно не различались по диаметру. Эти данные позволили заключить, что УМФ начиналась в уже гипертрофированных КМЦ, в значительной степени завершивших свой рост в толщину. Вместе с тем во многих наблюдениях длина КМЦ продолжала нарастать по мере увеличения в них степени УМФ, при этом увеличение длины КМЦ коррелировало с увеличением диаметра КМЦ и степени УМФ. Полученные данные, по-видимому, указывали на то, что рост КМЦ в длину сначала происходил параллельно увеличению диаметра КМЦ, а в дальнейшем — по мере нарастания УМФ в клетках, уже достигших максимального диаметра. Результаты согласуются с предположением, что увеличение отношения длины КМЦ к их диаметру у больных с сердечной недостаточностью происходит после прекращения поперечного роста КМЦ [5], а также с данными экспериментального исследования, которые продемонстрировали увеличение диаметра КМЦ на стадии компенсаторной гипертрофии и последующее увеличение длины КМЦ на стадии дилатации ЛЖ и сердечной недостаточности при перегрузке ЛЖ давлением [16].

Увеличение среднего диаметра и средней длины КМЦ сопровождалось снижением фракции выброса ЛЖ у больных (соответственно: r= –0,73; p=0,016 и r= –0,65; p=0,042). Выявленная обратная корреляция среднего диаметра КМЦ дилатированного ЛЖ и фракции выброса ЛЖ совпадает с данными литературы [11]. Корреляции между конечно-диастолическими показателями ЛЖ и параметрами КМЦ не выявлено. В то же время обнаружены прямые корреляции конечно-систолического объема и расстояния ЛЖ со средней длиной КМЦ (соответственно r= +0,64; p=0,047 и r= +0,70; p=0,023), что, возможно, было связано с сочетанием увеличения размеров ЛЖ и снижения его сократительной способности.

Заключение

Результаты исследования продемонстрировали, что у больных с ДКМП и клапанными пороками сердца с дилатацией ЛЖ развивается перестройка гипертрофированных КМЦ ЛЖ с увеличением их длины, которая продолжается после завершения роста этих клеток в толщину, происходит в связи с нарастающей в них утратой миофибрилл и прямо коррелирует со снижением фракции выброса и увеличением конечно-систолического объема ЛЖ.