Длительное токсическое воздействие этанола и его метаболитов угнетает процессы обмена и клеточного энергетического метаболизма. Это ведет к тяжелым дистрофическим и некробиотическим изменениям в миоцитах, вызывающих электрическую нестабильность миокарда с развитием внезапной сердечной смерти [1—3]. Возникающие явления альтерации кардиомиоцитов, которые обусловлены метаболическими нарушениями, развившимися на фоне токсического воздействия этанола и его метаболитов, нарушают энергетически зависимый процесс — сократительную функцию сердечной мышцы. Метаболические повреждения миокарда служат причиной нарушения синтеза белков, являющихся компонентами цитоскелета, который представляет собой сложную подвижную внутриклеточную структуру, направленную на поддержание целостности и формы клетки при воздействиях внешних факторов, на участие в процессах экзо- и эндоцитоза, а также на обеспечение активного внутриклеточного транспорта и ее деления [4]. Цитоскелет — это своеобразный клеточный каркас. Он состоит из множества белков, формирующих внутри цитоплазмы живой клетки такие многофункциональные структурные элементы, как микрофиламенты, промежуточные филаменты и микротрубочки [5—7].

Одним из главных структурных белков цитоскелета сердечных поперечно-полосатых мышечных волокон является десмин, входящий в состав промежуточных филаментов, располагающихся вблизи Z-линии в саркомерах, являющихся сократительным аппаратом сердечных миоцитов [8—10]. Десмин связывает миофибриллы и соединяет при этом Z-диски, вокруг которых формирует структуры, присоединяющие Z-диски к цитоплазматической части мембраны миоцита. Соединяя сократительный аппарат с основными органеллами клетки, десмин в целом обеспечивает целостность кардиомиоцита [9—12].

В научной литературе вопрос о метаболических повреждениях миокарда в случаях алкогольной кардиомиопатии до сих пор остается малоизученным и до конца нераскрытым. Это вызывает определенные трудности при разработке алгоритма микроскопического исследования и установления диагностических критериев алкогольной кардиомиопатии.

Цель работы — морфологическая характеристика метаболических повреждений миокарда, влияющих на сократительную способность сердечной мышцы в случаях смерти от алкогольной кардиомиопатии.

Материал и методы

Провели анализ 900 актов судебно-медицинских вскрытий трупов 435 женщин и 465 мужчин, умерших от острой сердечной недостаточности, развившейся вследствие алкогольной кардиомиопатии, в период с 2014 по 2020 г. Исследовали также парафиновые блоки материала вскрытий. Выделили три возрастные группы умерших: 1-я группа — 163 мужчины и 137 женщин в возрасте 25—35 лет; 2-я — 171 мужчина и 129 женщин в возрасте 36—45 лет и 3-я группа — 131 мужчина и 169 женщин 46—60 лет. У всех умерших в крови и моче обнаружили этанол в концентрации от 0,3 до 1,5‰.

Исследовали субэпикардиальный и субэндокардиальный отделы миокарда, а также межжелудочковую перегородку и сосочковые мышцы. Срезы с парафиновых блоков изготавливали толщиной 5 мкм и окрашивали гематоксилином и эозином, пикрофуксином по методу Ван-Гизона, гематоксилином-основным фуксином-пикриновой кислотой (ГОФП-метод по Ли), железным гематоксилином по методу Рего, хромотропом 2Б — водным голубым по методу Слинченко. Замороженные (криостатные) срезы окрашивали суданом III. Для иммуногистохимического (ИГХ) исследования использовали моноклонльные антитела к Monoclonal Mouse Antibody Desmin (Diagnostic BioSystems). Результаты ИГХ-окрашивания оценивали качественно на всем протяжении гистологического препарата. С помощью поляризационной микроскопии изучали и оценивали степень сокращения саркомера и его патологические изменения.

Морфометрическое исследование паренхиматозного компонента ткани миокарда проводили на сканах гистологических препаратов, полученных на аппарате 3D HISTECH Panoramic MIDI, морфометрию — в 20 полях зрения в каждом препарате при увеличении микроскопа 400. Данные исследования обрабатывали в программе Panoramic Viewer version 1.15.4, вычисляли величину относительных показателей от общей площади исследуемой ткани в полях зрения. Полученные значения представляли в виде средневыборочного, полуширины доверительного интервала и медианы (М±m, Ме). Для выявления различий между выборками использовали U-критерий Манна—Уитни, а для определения связей — коэффициент корреляции Спирмана r. Различия считали значимыми при p<0,01. Данные обрабатывали с помощью пакета прикладных программ и применения программного обеспечения IBM SPSS (Statistical Package for the Social Sciences) Statistics 20.

Результаты и обсуждение

С помощью обзорной световой микроскопии во всех исследованных образцах ткани субэпикардиального отдела миокарда умерших независимо от возраста и пола выявили разрастание эпикардиальной жировой ткани со слабовыраженным спазмом неравномерно полнокровных артерий, выраженным полнокровием вен и капилляров с наличием в просвете отдельных сосудов микроциркуляторного русла эритроцитарных стазов с явлениями сладж-феномена. Миокард по своему строению был гетероморфен: участки гипертрофированных кардиомиоцитов чередовались с участками кардиомиоцитов с признаками атрофии. В саркоплазме кардиомиоцитов определялись мелкозернистые эозинофильные структуры и вакуоли с прозрачным содержимым, умеренно смещающие ядра в периферические отделы миоцита. Ядра кардиомиоцитов разной формы: палочковидные, овоидные, круглые и полигональные, а отдельных кардиомиоциов — пикнотичные. В некоторых мышечных волокнах ядра просветлены. В саркоплазме по полюсам ядер миоцитов определялись мелкие скопления зерен липофусцина, которые распространялись от полюсов ядер по саркоплазме в виде тонких или клиновидных полосок.

В ткани субэпикардиальных, интрамуральных и субэндокардиальных отделов миокарда на фоне выраженной паренхиматозной белковой (зернистой и вакуольной) и жировой дистрофии — очаги фрагментации кардиомиоцитов, рядом с которыми участки выраженно истонченных, с волнообразной деформацией миоцитов с неравномерным исчезновением в них поперечной исчерченности. В отдельных полях зрения в миокарде наблюдали гигантские многоядерные кардиомиоциты с участками ветвления мышечных волокон и избыточного формирования беспорядочно расположенных перемычек между миоцитами.

Обнаруженные признаки выраженной паренхиматозной белковой дистрофии миокарда обусловлены токсическим действием не столько этанола, сколько его метаболита ацетальдегида. Ацетальдегид ингибирует синтез и при этом изменяет свойства транспортных, сократительных белков и белков-ферментов, что непосредственно ведет к гипоксии сердечной мышцы и разрушению основных компонентов гистогематического барьера миокарда. Основу формирования жировой дистрофии ткани миокарда составляют угнетение аэробного липолиза и усиление перекисного окисления липидов с последующим накоплением триглицеридов и кислых липидов как внутри клеток, так и в стромальном компоненте сердечной мышцы. Компенсаторное усиление процессов миокардиального липолиза приводит к ацидозу и угнетению активности ферментов дыхательной цепи, ведущим к гипоксии миокарда. Проявления жировой дистрофии в паренхиматозном звене миокарда являются специфичными для алкогольной кардиомиопатии.

В срезах ткани миокарда, окрашенных по Ли (ГОФП-метод), преимущественно в субэндокардиальных отделах левого желудочка, межжелудочковой перегородке и в сосочковой мышце наблюдали фуксинофилию как отдельных миоцитов, так и групп мышечных волокон, располагающихся в образцах диффузно. Интактные кардиомиоциты были окрашены в желтовато-зеленоватый цвет. В срезах субэпикардиальных отделов миокарда отмечали фуксинофилию только отдельных кардиомиоцитов. При исследовании образцов ткани миокарда, окрашенных по Ли, в поляризованном свете обнаружили поля свечения в кардиомиоцитах, совпадающие с фуксинположительными очагами. В субэндокардиальных отделах, межжелудочковой перегородке и в сосочковых мышцах выявили субсегментарные контрактурные повреждения миоцитов: пересокращение сегментов миофибрилл с однородным свечением участков саркоплазмы и исчезновением поперечной исчерченности. В этих участках отмечали и признаки диссоциации миоцитов, которые визуализировались в виде разделения мышечного волокна на клетки или группы клеток по замыкательным пластинам при целостности базальной пластины.

Помимо субсегментарных повреждений миоцитов, в срезах миокарда субэндокардиального отдела и межжелудочковой перегородки обнаружили очаги сегментарных контрактур, захватывающие всю мышечную клетку. Они визуализировались при исследовании в поляризованном свете в виде однородного свечения всего мышечного волокна. При сегментарных контрактурах I степени длина саркомеров несколько уменьшалась и происходило незначительное сближение А-дисков, а при контрактурах II степени наблюдали заметное укорочение саркомеров и уменьшение высоты I-дисков. При сегментарных контрактурах III степени А-диски сливались в единый анизотропный конгломерат, I-диски полностью исчезали, а поперечная исчерченность миоцита не определялась. В отдельных мышечных волокнах наблюдали глыбчатый распад цитоплазмы, характеризующийся мозаичным пересокращением саркомеров, лизисом несократившихся участков миофибрилл, завершающийся фокальным коагуляционным некрозом. Это проявлялось при гистологическом исследовании неравномерной окраской саркоплазмы с чередованием плотных и светлых участков. В отдельных кардиомиоцитах глыбчатый распад определяли по исчезновению поперечной исчерченности в миофибриллах с наличием в местах ее отсутствия множественных глыбок анизотропных субстанций с ярко выраженным свечением.

При окраске по методу Рего на фоне темно-коричневых кардиомиоцитов отмечали мышечные волокна, окрашенные частично или полностью в черный или темно-серый цвет, которые располагались в срезах миокарда диффузно. Положительно окрашенные очаги по Рего наблюдали в кардиомиоцитах, находившихся в состоянии как гипертрофии, так и атрофии. В образцах ткани субэпикардиального отдела миокарда и сосочковой мышцы только единичные кардиомиоциты были окрашены в черный цвет.

При окраске срезов ткани миокарда субэндокардиальных отделов левого желудочка и межжелудочковой перегородки хромотропом 2В определялись зоны ацидофилии саркоплазмы в области контрактурных изменений миоцитов. В миоцитах с явлениями внутриклеточного миоцитолиза зоны ацидофилии выражены слабо или отсутствовали, а в кардиомиоцитах с глыбчатым распадом миофибрилл в саркоплазме отмечали окрашенные ацидофильные глыбки.

Обнаруженные в кардиомиоцитах контрактурные повреждения, внутриклеточный миоцитолиз и глыбчатый распад миофибрилл имели мозаичный характер и играли непосредственную роль в возникновении нарушений сердечного ритма. Причиной развития тяжелых дистрофических и некробиотических изменений в кардиомиоцитах явилась совокупность метаболических нарушений вследствие токсического воздействия на сердечную мышцу этанола и его метаболитов. Этанол и ацетальдегид подавляют активность Na⁺K⁺-AT Фазы, что приводит к накоплению в кардиомиоцитах ионов натрия и потере ионов калия. В результате нарушения деятельности кальций-AT Фазы наблюдается массивное поступление в кардиомиоциты ионов кальция. Возникающие нарушения электролитно-ионного гомеостаза способствуют разобщению процессов возбуждения и сокращения кардиомиоцитов, что в свою очередь нарушает сократительную функцию сердечной мышцы. Следует отметить, что этанол и его метаболиты вызывают гиперкатехоламинемию вследствие усиления синтеза и высвобождения из надпочечников большого количества катехоламинов. Большое содержание катехоламинов повышает потребность миокарда в кислороде, направляет метаболизм свободных жирных кислот по пути свободнорадикального (перекисного) окисления, оказывает кардиотоксическое действие, способствует нарушению сердечного ритма и перегрузке миокарда ионами кальция. Непосредственно под действием этанола и его метаболитов происходят угнетение процесса аэробного окисления свободных жирных кислот и активация процессов их перекисного окисления с образованием перекисей и свободных радикалов, что оказывает повреждающее действие на мембраны миоцитов. Этанол и его метаболиты подавляют активность митохондриальных окислительных ферментов и ферментов цикла трикарбоновых кислот (цикл Кребса), ингибируют окислительное фосфорилирование, вследствие чего в сердечной мышце уменьшается образование энергии. Возникающие водно-электролитные изменения и нарушения процессов энергетического обмена в ткани миокарда играют непосредственную роль в формировании процессов возбуждения и отражаются на состоянии сократительного аппарата сердца.

В процессе изучения сосудисто-стромального компонента в ткани миокарда отмечали равномерное распределение сосудов в субэндокардиальных, интрамуральных и субэпикардиальных отделах. Выраженно дилатированные и полнокровные вены сочетались с неравномерным полнокровием артерий, просвет которых был несколько сужен. Эндотелиоциты интрамуральных артерий выбухали в просвет сосуда и располагались частоколом, внутренняя эластическая мембрана извита, а ядра гладкомышечных клеток средней оболочки сосудистой стенки укорочены. Стенки полнокровных мелких артерий и сосудов микроциркуляторного русла с признаками плазматического пропитывания и наличием мелкофокусных периваскулярных кровоизлияний. Выраженное полнокровие капилляров с резко набухшими, с признаками пролиферации эндотелиоцитами, которые частично располагались в виде частокола на относительно одинаковом расстоянии друг от друга. В просвете отдельных капилляров наблюдали эритроцитарные стазы с явлениями сладж-феномена и умеренным отеком периваскулярных пространств.

Выявленные морфологические изменения эндотелиальной выстилки сосудов микроциркуляторного русла являются отражением не только прямого цитотоксического действия этанола и его метаболитов, но и результатом воздействия клеточных медиаторов, выброс которых происходит вследствие раздражения реактивных клеток. Несомненно, набухание и деформация эндотелиоцитов, повышение активности клеточных мембран эндотелия и расширение межклеточных пространств с формированием повышенной проницаемости эндотелиальной выстилки способствуют нарушению транспорта электролитов и питательных веществ, развитию выраженных трофических нарушений и явлений гипоксии. Все это в совокупности является субстратом для возникновения дистрофических и некробиотических изменений в основных структурных компонентах сердечной мышцы.

При окраске пикрофуксином по методу Ван-Гизона выявили изменения стромального компонента в виде плексиморфного кардиосклероза, перимускулярного кардиосклероза, а также периваскулярного кардиосклероза с явлениями прекапиллярного фиброза.

Избыточное разрастание соединительной ткани в стромальном компоненте миокарда следует расценивать как результат некротических и некробиотических изменений, которые могут быть связаны непосредственно с патологическими факторами как токсического, так и гипоксического генеза. Наиболее патогномоничным для алкогольной кардиомиопатии по результатам исследований следует считать развитие прекапиллярного фиброза, механизм возникновения которого, вероятнее всего, связан с метаболическими нарушениями, возникающими при хронической алкогольной интоксикации.

Согласно результатам ИГХ-исследования, экспрессия десмина в исследованных образцах ткани миокарда равномерно выражена в миоцитах во всех полях зрения, а в мышечных волокнах представлена в виде поперечной исчерченности. В образцах ткани миокарда субэндокардиальных отделов левого желудочка, межжелудочковой перегородки и в сосочковой мышце в отдельных полях зрения отмечали единичные, местами небольшие группы кардиомиоцитов, экспрессия десмина в которых была менее интенсивной, а в нескольких сегментах отдельных миоцитов отсутствовала полностью. Выявленная слабоположительная экспрессия десмина, местами ее полное отсутствие в миоцитах исследованных срезов субэндокардиального отдела левого желудочка, межжелудочковой перегородки и сосочковой мышцы, вероятно, обусловлена тем, что десмин, принимая активное участие в регуляции кислородного и энергетического процессов в клетке, исчезает из области Z-полос миоцита вследствие ишемического повреждения кардиомиоцита и развития в нем некробиотических изменений. Данный факт позволяет предположить, что выявленные ишемические и некротические изменения в сердечной мышце в случаях алкогольной кардиомиопатии могут развиться даже на фоне низких концентраций этанола. Несомненно, установленные особенности экспрессии десмина при алкогольной кардиомиопатии подтверждают влияние токсического действия этанола и его метаболитов на сердечную мышцу.

По результатам морфометрического исследования относительная площадь паренхимы в 1-й группе составляла 81,21±0,13% (Ме=80,88), во 2-й группе 80,34±0,13% (Ме=80,78) и в 3-й группе 77,32±0,14% (Ме=77,23). Значения относительной площади паренхимы в группах умерших от алкогольной кардиомиопатии были практически одинаковыми, и достоверно значимых различий между показателями не обнаружили (p>0,01). В результате морфометрического исследования паренхиматозного компонента ткани миокарда установили, что относительная площадь паренхимы не находится в корреляционной зависимости от возраста и половой принадлежности умерших от алкогольной кардиомиопатии.

Выводы

1. В развитии тяжелых дистрофических и некробиотических изменений в сердечной мышце важную роль играет токсическое поражение стенок сосудов микроциркуляторного русла с развитием выраженных трофических изменений и нарастающих явлений гипоксии в основных структурных компонентах гистогематического барьера миокарда.

2. Метаболические повреждения миокарда (контрактурные повреждения, внутриклеточный миоцитолиз и глыбчатый распад миофибрилл) при его алкогольном поражении имеют мозаичный характер и составляют основу нарушения процессов возбуждения и сокращения сердечной мышцы с развитием фатальных расстройств ритма, что является обоснованием непосредственной причины смерти при алкогольной кардиомиопатии.

3. Метаболические изменения (ишемические и некробиотические) в сердечной мышце имеют острый характер и могут развиться на фоне субтоксического содержания этанола в крови.

4. ИГХ-исследование экспрессии десмина можно рекомендовать в качестве маркера ишемических и некробиотических изменений кардиомиоцитов при алкогольной кардиомиопатии.

5. Для исследования и диагностики алкогольной кардиомиопатии в судебно-медицинской практике рекомендуется использовать совокупность морфологических методов: световую микроскопию, методы поляризационной микроскопии, а также ИГХ-исследование.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

The author declare no conflicts of interest.