Введение
Гипертрофическая кардиомиопатия (ГКМП) — генетически гетерогенное заболевание, причиной которого является спектр мутаций генов, кодирующих сократительные белки саркомеров. В 8—40% случаев причина ГКМП — более 70 разных мутаций гена тяжелых цепей β-миозина (β-MHC). Для этой формы ГКМП характерны раннее манифестирование заболевания (до 25 лет), выраженная гипертрофия левого желудочка (ЛЖ) и высокий риск внезапной смерти [1—3]. Кроме того, у 15—42% пациентов с ГКМП выявлено более 30 мутаций гена миозинсвязывающего белка С [2—4]. Эта форма ГКМП, как правило, проявляется поздно, прогрессирует с развитием дилатационной стадии ГКМП или заканчивается внезапной сердечной смертью [4]. Множественные мутации гена тропонина Т обнаружены у 1,7—10% больных ГКМП [2, 3, 5, 6], они характеризуются умеренно выраженной гипертрофией сердца, сочетающейся с высоким риском внезапной сердечной смерти в молодом возрасте [6]. У этих пациентов в большей степени проявляется непараллельное расположение миофибрилл (феномен disarray), менее выражен фиброз миокарда ЛЖ, чем при других формах ГКМП [6]. У 3,1—6,5% пациентов с ГКМП описано более 13 мутаций тропонина I [2]. Миссенс-мутации гена α-тропомиозина являются причиной развития ГКМП в 0,8—5% случаев [3, 5]. Клинически эти изменения проявляются в виде диастолической дисфункции при отсутствии выраженной гипертрофии миокарда, что приводит к высокому риску внезапной смерти, а также переходу в дилатационную фазу с развитием систолической дисфункции [3, 5]. Кроме того, мутации генов легких цепей миозина связаны с развитием ГКМП в 5% случаев. У этих пациентов отмечена выраженная гипертрофия папиллярных мышц и соседних участков миокарда, которая приводит к обструкции выводного отдела ЛЖ [2]. Менее 1% случаев ГКМП обусловлено мутациями гена сердечного α-актина [2].
На ультраструктурном уровне в миокарде межжелудочковой перегородки (МЖП) у пациентов с ГКМП, как правило, регистрируют стереотипные изменения структуры ядра и саркоплазматических органелл миоцита, характерные для гипертрофированных кардиомиоцитов (КМЦ) желудочка [6—9]. Остается открытым вопрос, каким образом мутации столь разных белков приводят к сходным изменениям морфологии КМЦ, выявленным при ГКМП. Нельзя исключить, что независимо от типа мутации изменение структуры саркомерных белков провоцирует снижение сократительной способности миокарда, вследствие чего развивается стереотипная компенсаторная гипертрофия миокарда МЖП.
Цель настоящего исследования — изучить изменения ультраструктуры КМЦ МЖП у пациентов с ГКМП и оценить их специфичность для данной патологии.
Материал и методы
На светооптическом и электронно-микроскопическом уровне исследован миокард МЖП у 44 пациентов с обструктивной формой ГКМП в возрасте от 18 до 59 лет (40,7±13,0 года). Фрагменты миокарда МЖП получены во время миоэктомии со стороны правого желудочка (ПЖ) по методике Л.А. Бокерии (1998). При эхокардиографическом исследовании сердца у пациентов с ГКМП выявлено повышение градиента давления на выводном отделе ЛЖ до 15—210 мм рт. ст. (103,7±44,7 мм рт.ст.), увеличение толщины МЖП до 12—35 мм (23,6±5,6 мм) с уменьшением конечного систолического объема ЛЖ до 11—47 мл (24,1±10,2 мл) и конечного диастолического объема ЛЖ до 39—139 мл (ср. 82,2±25,2 мл) с соответствующим повышением фракции выброса ЛЖ до 57—91% (73,8±6,7%).
Для получения полутонких и ультратонких срезов фрагменты миокарда МЖП фиксированы в 2,5% растворе глутарового альдегида и 1% растворе параформальдегида на 0,1 М фосфатном буфере (pH 7,4), дофиксированы в 1,5% растворе OsO4, обезвожены и залиты в аралдит. На полутонких срезах, окрашенных реактивом Шиффа — йодной кислотой с докраской метиленовым синим, не менее чем в 50 КМЦ измерен диаметр клеток (на уровне ядра) и их ядер. Ультратонкие срезы контрастированы уранил-ацетатом и цитратом свинца, исследованы под электронным микроскопом Philips CM100 (Нидерланды). На электронно-микроскопическом уровне оценены изменения ультраструктуры ядер и внутриклеточных органелл КМЦ.
Результаты и обсуждение
Морфометрическое исследование миокарда МЖП у пациентов с ГКМП на полутонких срезах выявило умеренную гипертрофию КМЦ МЖП (в среднем 23,7±4,4 мкм, медиана 23,3 мкм), диаметр миоцитов разных пациентов варьирует от 12,2 до 33,9 мкм, диаметр ядер — от 2,4 до 7,8 мкм (5,2±0,9 мкм, медиана 5,1 мкм) (рис. 1, а).
В настоящей работе показано, что в части КМЦ МЖП у пациентов с ГКМП содержание миофибрилл в центре и по периферии саркоплазмы снижено (явление миолиза), а в свободной зоне саркоплазмы располагаются митохондрии, гранулы гликогена, структуры аппарата Гольджи, цистерны гладкого эндоплазматического ретикулума (рис. 2, а,
Одной из характерных особенностей ультраструктуры гипертрофированных КМЦ является изменение формы ядер КМЦ за счет многочисленных инвагинаций ядерной мембраны в биоптатах у 63,6% пациентов. Инвагинации образуют в ядре псевдовключения округлой или цилиндрической формы, заполненные содержимым цитоплазмы или гомогенным материалом неизвестной природы (см. рис. 2, б). Ядра с псевдовключениями описаны ранее в КМЦ разных отделов сердца не только при ГКМП [10], но и при других формах сердечно-сосудистой патологии, сопровождающихся гипертрофией миоцитов, в том числе в КМЦ ЛЖ при застойной КМП, ДКМП, патологии аортального и митрального клапанов, а также в миокарде у пациентов с врожденными пороками сердца [11, 12, 14, 15]. Подобные изменения ультраструктуры ядер КМЦ в настоящее время связывают с точечными миссенс-мутациями гена ламина, А (LMNA), расположенного на внутренней стороне ядерной оболочки и обеспечивающего сохранение формы ядра и регуляцию транскрипции в ядре миоцита [16].
В саркоплазме некоторых миоцитов у 29,5% пациентов обнаружены фокусы сборки миофибрилл, локализованные в околоядерной зоне, вблизи миофибрилл, а иногда под сарколеммой гипертрофированных КМЦ. Они представлены хаотично расположенными фибриллами и скоплениями рибосом, свободно лежащими в саркоплазме или прикрепленными к мембранам гранулярного эндоплазматического ретикулума (см. рис. 2, г). Локальная сборка миофибрилл в зрелых КМЦ осуществляется подобно тому, как это происходит в эмбриональном миокарде, — сначала тонкие миофиламенты контактируют с фрагментами Z-материала, а позднее в зонах скопления рибосом выявляются хаотично расположенные толстые миофиламенты. Активация миофибриллогенеза описана в гипертрофированных КМЦ ЛЖ у пациентов с пороком аортального и митрального клапанов [17], в КМЦ ПЖ у пациентов с изолированным дефектом МЖП и ТФ [12], а также при экспериментальной гипертрофии миокарда ПЖ кролика, вызванной сужением легочной артерии [18]. Очевидно, что дополнительная сборка миофибрилл в гипертрофированных КМЦ у взрослых пациентов с сердечно-сосудистой патологией — явление неспецифическое, сопутствующее гипертрофии, обусловленной гемодинамической перегрузкой.
Только у 1 (2,3%) пациента в околоядерной зоне саркоплазмы, в непосредственной близости от структур аппарата Гольджи обнаружены единичные или парные центриоли (дочерняя и материнская). На электронно-микроскопическом уровне видна характерная структура, образованная 9 триплетами микротрубочек, организованных концентрически (см. рис. 2, д). Центриоли необходимы для организации веретена деления клеток и очень редко встречаются в дифференцированных КМЦ у взрослых пациентов в отличие от пациентов детского возраста. Появление их в зрелом миокарде — один из признаков восстановления пролиферативной активности КМЦ.
У 20,5% пациентов с ГКМП выявлены зоны локальных расширений Z-дисков (рис. 3, а),
Редкой находкой явилось обнаружение в КМЦ у 2 (4,5%) пациентов с ГКМП вблизи Z-полос миофибрилл так называемых лептомерных фибрилл — продольно ориентированных пучков филаментов, разделенных электронно-плотными полосами с периодичностью 100—150 нм (см. рис. 3, б). Согласно данным литературы [21, 22], эти структуры чаще встречаются в миоцитах проводящих путей, чем в рабочих КМЦ предсердий и желудочков. Они характерны для КМЦ, находящихся в состоянии адаптивного ремоделирования и частичной дедифференцировки [21], и необходимы для стабилизации миофибрилл и закрепления их к сарколемме [18], т. е. выполняют «скелетную» функцию в КМЦ. Образование подобных структур происходит до или во время сборки миофибрилл, они топографически связаны с материалом Z-полос и сарколеммой, каналами Т-системы и саркоплазматическим ретикулумом.
Изменения вставочных дисков в КМЦ МЖП также не являются уникальными для ГКМП. Множественные вставочные диски, разделенные не более чем 10 саркомерами, обнаружены в КМЦ 63,6% у пациентов с ГКМП (cм. рис. 3, в). Эти структуры, как правило, регистрируют в гипертрофированных КМЦ не только при ГКМП, но также в КМЦ ЛЖ у пациентов с пороком аортального клапана, ВОПЖ от пациентов со стенозом легочной артерии [23], митральной недостаточностью и конечной стадией ДКМП [14]. Предполагается, что множественные вставочные диски формируются в местах добавления новых саркомеров в гипертрофированные КМЦ [18] или в зонах дополнительных межклеточных контактов, образованных посредством небольших вставочных дисков. Действительно, в гипертрофированных КМЦ ПЖ после экспериментальной перевязки легочной артерии число множественных вставочных дисков выше, чем в контроле [18]. Еще одно изменение структуры вставочных дисков КМЦ МЖП — появление локальных расхождений щелевых контактов (нексусов), обнаруженное в миокарде у 22,7% пациентов (см. рис. 3, г), что нарушает как механическое, так и электрическое сопряжение соседних КМЦ. Расхождение нексусов во вставочных дисках, вероятно, связано с процессом их частичного перемещения на боковые поверхности КМЦ, подтверждением чему служат обнаруженные там аномальные кольцевые структуры, содержащие нексусы (см. рис. 3, д, е), а также данные иммуногистохимического выявления белка нексусов коннексина-43 [24].
В миокарде МЖП у 52,3% пациентов с ГКМП зарегистрировано изменение классической цилиндрической формы КМЦ на многополюсную (рис. 4, а),
В КМЦ МЖП у пациентов с ГКМП также обнаружены ультраструктурные признаки неспецифических дистрофических изменений: гранулы липофусцина — у 84,1% пациентов, миелиновые фигуры, фагосомы — у 59,1%, липидные капли — у 56,8%, вакуоли — у 15,9% пациентов (рис. 5, а—в).
Кроме того, в миокарде МЖП у 34,1% пациентов с ГКМП обнаружены единичные КМЦ с критической (необратимой) утратой миофибрилл, саркоплазма которых заполнена преимущественно гранулами гликогена (см. рис. 5, г). Как правило, эти клетки располагаются в зонах фиброза, они изолированы, что предполагает определяющую роль нарушения микроциркуляции и отсутствия контактов с другими КМЦ в развитии в них дистрофических изменений. В саркоплазме таких миоцитов выявлены остатки саркомеров, мелкие митохондрии, пролиферирующие и дилатированные трубочки саркоплазматического ретикулума, миелиноподобные фигуры, липидные капли, в то время как трубочки Т-системы отсутствуют и нарушена ступенчатая структура вставочного диска, характерная для рабочих КМЦ. Появление в миокарде МЖП у пациентов с ГКМП КМЦ с критической утратой миофибрилл и признаками дистрофических изменений, вероятно, нельзя считать компенсаторно-приспособительными изменениями, к которым в настоящее время справедливо относится миолиз. Эти изменения носят не распространенный, а очаговый мозаичный характер и являются, очевидно, необратимыми и встречаются не только при ГКМП [7, 9], но и в миокарде у пациентов с ИБС [25], пороком митрального и аортального клапанов [17] и декомпенсированной стадией ДКМП [11, 27, 30]. Присутствие КМЦ с критической утратой миофибрилл является плохим прогностическим фактором для выживания пациентов с декомпенсированной ДКМП на протяжении 5 лет после биопсии миокарда ЛЖ [30].
Заключение
В КМЦ миокарда МЖП у пациентов с ГКМП выявлены ультраструктурные признаки, характерные для гипертрофированных КМЦ с высокой сократительной и синтетической активностью (увеличение содержания миофибрилл, межмиофибриллярных митохондрий, цистерн гранулярного эндоплазматического ретикулума, свободно лежащих рибосом, цистерн и везикул аппарата Гольджи), но не являющиеся специфичными для ГКМП. В некоторых миоцитах содержание миофибрилл в околоядерной зоне снижено, с образованием зон низкодифференцированной саркоплазмы, что является стереотипным изменением морфологии КМЦ с частичным снижением уровня их дифференцировки в условиях гемодинамической перегрузки. Кроме того, в ряде КМЦ выявлены признаки, характерные для общепатологических дистрофических изменений: формирование гранул липофусцина, миелиновых фигур, фагосом, липидных капель, вакуолей. В миоцитах с критической утратой миофибрилл эти органеллы заполняют все свободные зоны саркоплазмы, подобные изменения ультраструктуры КМЦ характеризуются как необратимые.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Р.А.С., Т.В.С.
Сбор и обработка материала — Т.В.С., Л.А.Б.
Статистическая обработка — Т.В.С.
Написание текста — Т.В.С.
Редактирование — Р.А.С.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflict of ineterest.
Сведения об авторах
Сухачева Т.В. — https://orcid.org/0000-0001-6127-8688; e-mail: tatiana@box.ru
Серов Р.А. — https://orcid.org/0000-0002-7962-7273
Бокерия Л.А. — https://orcid.org/0000-0002-6180-2619
КАК ЦИТИРОВАТЬ:
Сухачева Т.В., Серов Р.А., Бокерия Л.А. Гипертрофическая кардиомиопатия. Ультраструктура кардиомиоцитов, специфические или стереотипные признаки. Архив патологии. 2019;81(6):-15. https://doi.org/10.17116/patol201981061