Структурное ремоделирование миокарда играет важную роль в прогрессировании хронической сердечной недостаточности при многих заболеваниях сердца. Основной вклад в процесс ремоделирования миокарда вносят изменения кардиомиоцитов (КМЦ).

В стенке желудочка сердца мышечные слои по спирали окружают полость желудочка [1], и в связи с этим расположение КМЦ в стенке близко к тангенциальному — по касательной к полости. На основании этого представления выдвинута гипотеза, согласно которой увеличение диаметра обычного цилиндрического КМЦ должно приводить к утолщению стенки желудочка, а удлинение — к расширению полости желудочка [2, 3]. В многочисленных исследованиях гипертрофию миокарда оценивали по нарастанию диаметра КМЦ [4], но данные об увеличении длины гипертрофированных КМЦ и ее возможной связи с дилатацией полости гипертрофированного желудочка представлены лишь в единичных работах.

Цель исследования — проанализировать изменения диаметра и длины гипертрофированных КМЦ дилатированного левого желудочка (ЛЖ) у больных c дилатационной кардиомиопатией и клапанными пороками сердца.

Исследование выполнено на материале интраоперационных биопсий миокарда дилатированного ЛЖ (с конечно-диастолическим размером более 60 мм) у 31 больного (29 мужчин и 2 женщины). Распределение больных по характеру порока: аортальная недостаточность у 10 больных (1-я группа), митральная недостаточность у 10 больных (2-я группа), комбинированный порок (стеноз и недостаточность) аортального клапана у 3 больных (3-я группа), сочетанный порок митрального и аортального клапанов с преобладанием их недостаточности у 5 больных (4-я группа). В исследование также включены 3 больных с дилатационной кардиомиопатией и относительной митральной недостаточностью (5-я группа). У всех пациентов был III—IV функциональный класс хронической сердечной недостаточности по классификации NYHA.

До операции всем больным проводили эхокардиографическое исследование (применяли ультразвуковой аппарат «Siemens Acuson»), в котором в одно- и двухмерных режимах оценивали параметры ЛЖ: систолический и диастолический размер и объем, фракцию выброса, массу и индекс массы миокарда, толщину задней стенки, межжелудочковой перегородки и индекс относительной толщины стенок, индекс сферичности в систолу, систолический миокардиальный стресс. Концентрацию в крови мозгового натрийуретического пептида определяли иммуноферментным методом на анализаторе AxSYM (фирма «Abbott»), согласно данным фирмы-изготовителя, верхняя граница нормы для показателя составляла 100 пг/мл. Возраст и данные клинического обследования больных представлены в табл. 1.

Интраоперационные биопсии миокарда были взяты из разных областей ЛЖ (боковая стенка, задняя стенка, переднеперегородочная область, межжелудочковая перегородка со стороны ЛЖ, сосочковая мышца митрального клапана) через 10—120 мин после пережатия аорты под защитой фармакохолодовой кардиоплегии с применением кустодиола.

Материал фиксировали в растворе 2,5% глутарового альдегида и 1% параформальдегида в 0,1 М фосфатном буфере (рН 7,4), обезвоживали, заливали в аралдит. Полутонкие срезы миокарда окрашивали ШИК и метиленовым синим. При световой микроскопии с увеличением объектива 100 на продольных срезах измеряли диаметр, длину, а также диаметр ядра 50 КМЦ у каждого больного. Степень утраты миофибрилл (УМФ) в этих клетках оценивали по 4-балльной шкале: 0 — УМФ нет; 1,2,3 — УМФ слабая, умеренная или значительная, если зоны УМФ занимали соответственно менее 10%, 10—50% или более 50% площади среза клетки. У каждого больного все измеренные КМЦ разделяли на группы в зависимости от степени УМФ, вычисляли средний диаметр и длину клеток, а также диаметр ядра КМЦ при разной степени УМФ. Определяли достоверность изменения размера КМЦ и их ядер по мере расширения в них зон УМФ, а также наличие корреляций между размером КМЦ, их ядер, степенью в них УМФ и клиническими характеристиками больных. В зависимости от характера выявленных изменений параметров КМЦ выделены 3 группы больных (А, Б и В) для отдельного анализа особенностей разных вариантов изменения КМЦ. Статистический анализ данных выполняли с использованием критериев Стьюдента, Манна—Уитни, Тьюки, Крускала—Уоллиса, Данна, Спирмена с уровнем значимости р<0,05. Величины параметров при нормальном распределении в группах выражали как среднее арифметическое со стандартным отклонением, при отсутствии нормального распределения — медианой. Применяли компьютерные программы GraphPadSoftware и Statistica 6,0.

Больные 5 групп достоверно не различались по возрасту и большинству изучаемых показателей ЛЖ (см. табл. 1). У всех больных масса миокарда и индекс массы миокарда ЛЖ, а также объем и размер полости ЛЖ значительно превышали норму [5]. Для большинства больных был характерен эксцентрический тип гипертрофии миокарда с уменьшением индекса относительной толщины стенок Л.Ж. Сердечная недостаточность у этих больных развивалась на фоне деформации ЛЖ с повышением индекса сферичности и проявлялась усилением миокардиального стресса, снижением фракции выброса ЛЖ, а также значительным нарастанием в крови уровня мозгового натрийуретического пептида — маркера декомпенсации сердца. При этом у больных со стенозом и недостаточностью аортального клапана (3-я группа) выявлены признаки смешанного типа гипертрофии миокарда — дилатация полости ЛЖ у этих больных не сопровождалась уменьшением индекса относительной толщины стенок. Миокардиальный систолический стресс и индекс сферичности ЛЖ у больных этой группы сохранялись в пределах нормы даже при выраженном снижении фракции выброса ЛЖ и значительном повышении уровня мозгового натрийуретического пептида в крови.

КМЦ ЛЖ у больных были в разной степени гипертрофированы. Как правило, они содержали центрально расположенное ядро со слабым, умеренным или реже — выраженным расширением околоядерной зоны саркоплазмы, лишенной миофибрилл и обычно заполненной гликогеном (см. рисунок).

Средние величины диаметра, длины КМЦ и диаметра их ядер у больных разных групп достоверно не различались (табл. 2).

У всех больных средний диаметр КМЦ достоверно коррелировал со средним диаметром их ядра, в том числе при разной степени УМФ (Д КМЦ_ср — Д_я КМЦ_ср: r=0,46; Д КМЦ_УМФ0 — Д_я КМЦ_УМФ0: r=0,68; Д КМЦ_УМФ1 — Д_я КМЦ_УМФ1: r=0,63; Д КМЦ_УМФ2 — Д_я КМЦ_УМФ2: r=0,36) и со средней длиной клеток в популяции КМЦ без УМФ (Д КМЦ_УМФ0 — Д_л КМЦ_УМФ0: r=0,53). В то же время нарастание УМФ сопровождалось увеличением длины КМЦ (УМФ 3 — Д_л КМЦ_ср: r=0,39) и диаметра их ядра (УМФ0 — Д_я КМЦ_УМФ3: r=–0,61), но не коррелировало с диаметром клеток. Расширение полости ЛЖ у больных прямо коррелировало с увеличением диаметра КМЦ (Д КМЦ_ср — КСР: r=0,36: Д КМЦ_ср — КДР: r=0,43; ДКМЦ_ср — КДО: r=0,41; Д КМЦ_УМФ2 — КДР: r=0,40; Д КМЦ_УМФ2 — КДО: r=0,37), длины КМЦ (Дл КМЦ_УМФ2 — КСО: r=0,40; Д_л КМЦ_УМФ2 — КДО: r=0,44) и диаметра их ядер (Д_я КМЦ_ср — КСР: r=0,51: Д_я КМЦ_ср — КСО: r=0,45; Д_я КМЦ_УМФ0 — КДР: r=0,53; Д_я КМЦ_УМФ1 — КСР: r=0,40; Д_я КМЦ_УМФ2 — КСО: r=0,36). При этом у больных с более крупными ядрами КМЦ масса миокарда ЛЖ была повышенной (Д_я КМЦ_ср — ММ: r=0,56), однако фракция выброса ЛЖ оказалась сниженной (Д_я КМЦ_ср — ФВ: r=–0,45), а миокардиальный стресс миокарда в систолу увеличен (Д_я КМЦ_УМФ0 — МС: r=0,54). Содержание в крови мозгового натрийуретического пептида прямо коррелировало с длиной КМЦ (Д_л КМЦ_ср — МНП: r=0,53; Д_л КМЦ_УМФ3 — МНП: r=0,65) и степенью УМФ в КМЦ (%УМФ0 — МНП: r=–0,46; %УМФ3 — МНП: r=0,51).

В процессе перестройки КМЦ, которая сопровождалась постепенным расширением зон УМФ, у 11 больных (5 из 1-й, 3 из 2-й, 2 из 3-й, 1 из 4-й) не происходило достоверного изменения размера клеток и их ядер, эти больные выделены в отдельную группу (А). В то же время у 7 больных (2 из 1-й, 2 из 2-й, 3 из 5-й группы) обнаружено увеличение длины КМЦ при неизменном диаметре клеток и их ядер (группа Б), а у 13 больных (3 из 1-й, 5 из 2-й, 1 из 3-й, 4 из 4-й) — увеличение диаметра ядер КМЦ при неизменном или увеличивающемся размере клеток (группа В). Средние показатели по группам продемонстрировали отсутствие роста КМЦ и их ядер у больных группы А, достоверное увеличение длины КМЦ у больных группы Б и диаметра ядер КМЦ у больных группы В в ходе клеточной перестройки по мере нарастания степени УМФ (табл. 3).

Средние величины диаметра КМЦ и их ядер у больных групп А, Б и В достоверно не различались, а средняя длина КМЦ у больных в группе Б оказалась достоверно меньше, чем в группе В, при анализе всех КМЦ и популяции КМЦ без признаков УМФ (см. табл. 3).

У всех больных в группах А, Б и В диаметр КМЦ прямо коррелировал с диаметром ядра клеток (группа А: Д КМЦ_УМФ0 — Д_я КМЦ_УМФ0: r=0,88; Д КМЦ_УМФ1 — Д_я КМЦ_УМФ1: r=0,68; группа Б: Д КМЦ_ср — Д_я КМЦ_ср: r=0,86; группа В: Д КМЦ_ср — Дя КМЦ_ср: r=0,58), но не был связан со степенью УМФ.

Средняя длина КМЦ имела прямую корреляцию со степенью УМФ у больных группы, А (Д_л КМЦ_ср — %УМФ0: r=–0,68) и группы В (Д_л КМЦ_ср — %УМФ3: r=0,81). В группе Б у каждого больного длина КМЦ нарастала по мере расширения зон УМФ, при этом во всей группе она прямо коррелировала с диаметром клетки (Д_л КМЦ_ср — ДКМЦ_ср: r=0,56) и диаметром ядра (Д_л КМЦ_ср — Д_я КМЦ_ср: r=0,78).

Средний диаметр ядер КМЦ коррелировал со степенью в них УМФ только у больных группы В (Д_я КМЦ_ср — %УМФ0: r=–0,58) — наиболее крупные ядра КМЦ обнаружены у больных с более выраженной УМФ. В данной группе увеличение размера ядра у одних больных происходило при неизменном размере КМЦ (2 человека), у других сопровождалось увеличением диаметра КМЦ (2), длины КМЦ (5) или диаметра и длины КМЦ (4 человека). При этом увеличение диаметра КМЦ коррелировало с увеличением диаметра ядер (Д КМЦ_ср — Д_я КМЦ_ср: r=0,58), а длина КМЦ не коррелировала с размером ядра, но нарастала по мере расширения зон УМФ в КМЦ (Д_л КМЦ_ср — %УМФ 3: r=0,81).

У больных группы, А размер полости ЛЖ имел прямые корреляции с диаметром КМЦ и диаметром их ядер (Д КМЦ _ср — КДО: r=0,67; Д_я КМЦ_УМФ1 — КДР: r=0,69). У больных группы Б диаметр КМЦ (Д КМЦ_ср — КСР: r=0,89; Д КМЦ_ср — КДР: r=0,77) и диаметр ядра КМЦ (Д_я КМЦ_УМФ0 — КСР: r=0,88) также прямо коррелировали с размером полости ЛЖ, кроме того, увеличение полости ЛЖ происходило в прямой корреляции с нарастанием длины КМЦ (Д_л КМЦ_УМФ1 — КСР: r=0,89; Д_л КМЦ_УМФ1 — КДО: r=0,77; Д_л КМЦ_УМФ2 — КДО: r=0,79). У больных группы В длина КМЦ прямо коррелировала с размером полости ЛЖ (Д_л КМЦ_УМФ2 — КСО: r=0,60), а также с увеличением индекса сферичности ЛЖ (Д_л КМЦ_УМФ3 — ИндСФ: r=0,82), а средний диаметр КМЦ без УМФ — с толщиной межжелудочковой перегородки (Д КМЦ_УМФ0 — Толщ. МЖП: r=0,81).

На выраженных стадиях перестройки КМЦ с постепенным расширением зон УМФ у больных группы, А выявлено снижение фракции выброса ЛЖ (%УМФ 1 — ФВ: r=0,86; %УМФ 3 — ФВ: r=–0,74), а у больных группы В — нарастание систолического стресса стенок ЛЖ (%УМФ 1 — МС: r=–0,71; %УМФ 2 — МС: r=0,64).

По данным литературы, основным ультраструктурным признаком гипертрофированных КМЦ, который свидетельствует о переходе гипертрофии миокарда в стадию декомпенсации, является постепенная УМФ, которую многие авторы считают признаком дегенерации КМЦ [6, 7]. В то же время имеющиеся данные об усилении в этих клетках структур общего характера [8] и реактивации эмбриональных генов [9] позволяют рассматривать состояние этих клеток как адаптивную перестройку с ослаблением тканеспецифичных признаков, в том числе с постепенной УМФ [8], аналогичную перестройке КМЦ при гибернации. Данная защитная перестройка позволяет клеткам ценой снижения функции ослабить энергетический дефицит, который при гибернации возникает из-за уменьшения кровотока, а на поздней стадии гипертрофии — из-за повышенной активности работы КМЦ, уже исчерпавших на этом этапе резерв своего компенсаторного роста. Жизнеспособность КМЦ при этом часто сохраняется ценой развития сердечной недостаточности. Так, результаты выполненного исследования продемонстрировали снижение фракции выброса ЛЖ у больных группы, А и повышение миокардиального систолического стресса ЛЖ у больных группы В по мере расширения в КМЦ зон УМФ. Авторы, расценивающие утрату саркомеров как признак дегенерации гипертрофированных КМЦ, также регистрируют связь этих измерений КМЦ с развитием сердечной недостаточности [7].

Рост сердца на компенсаторной стадии концентрической гипертрофии миокарда (перегрузка давлением) сопровождается утолщением желудочковой стенки при неизменном размере полости желудочка, а при эксцентрической гипертрофии (перегрузка объемом) — утолщением желудочковой стенки пропорционально увеличенному размеру полости [2, 10]. Утолщение стенки желудочка нормализует систолический стресс его стенки, компенсируя увеличение давления крови или объема полости [2] в соответствии с законом Лапласа, согласно которому систолический стресс стенки желудочка прямо пропорционален давлению крови, радиусу полости и обратно пропорционален толщине стенки желудочка. Переход гипертрофии миокарда в стадию декомпенсации при концентрической и эксцентрической гипертрофии происходит при несбалансированном расширении полости желудочка — отношение радиуса полости желудочка к толщине стенки увеличивается [11] и систолический стресс желудочковой стенки возрастает [12].

Существует гипотеза, что увеличение толщины стенки гипертрофированного желудочка может быть результатом увеличения диаметра КМЦ, а расширение полости желудочковой камеры — результатом роста КМЦ в длину [2, 3]. Данная гипотеза основана на представлении о тангенциальном расположении в стенке желудочка КМЦ, имеющих, как правило, цилиндрическую форму.

Результаты исследований, в которых анализировали изменение диаметра и длины КМЦ в гипертрофированном сердце, согласуются с данной гипотезой. В эксперименте установлено, что на компенсаторной стадии концентрической гипертрофии миокарда КМЦ преимущественно увеличивают поперечный размер, а в дилатированном желудочке на стадии декомпенсации КМЦ в основном растут в длину [13]. У больных с ишемической кардиомиопатией в миокарде дилатированного ЛЖ, согласно одним авторам, диаметр КМЦ не отличался от соответствующего параметра в контрольных донорских сердцах, но длина КМЦ на 40% превышала контрольное значение при неизменной длине саркомеров [14], согласно другим авторам, длина КМЦ увеличена по сравнению с контролем на 51% — значительно больше, чем диаметр, который был выше контрольной величины только на 16% [15]. Увеличение длины КМЦ за счет добавления новых саркомеров «в сериях» при неадекватном поперечном росте клеток обнаружено в дилатированном желудочке у больных ишемической, а также дилатационной кардиомиопатией [16]. У 6 из 10 больных на поздней стадии ишемической или неишемической кардиомиопатии использование механических систем поддержки ЛЖ (left ventricular assist device) в течение 75±15 дней приводило к уменьшению объема полости желудочка, при этом размер КМЦ уменьшался с существенным снижением их длины и отношения длины к толщине [17].

Вместе с тем имеющиеся сведения об особенностях роста КМЦ в длину крайне скудны, мало известно о сочетании роста КМЦ в толщину и длину, о связи увеличения длины КМЦ с изменением анатомии и функции сердца.

Результаты исследования продемонстрировали гипертрофию КМЦ у большинства больных с клапанной патологией и дилатационной кардиомиопатией, которую традиционно оценивали по увеличению диаметра клеток, а также признаки перестройки этих клеток с нарастающей УМФ. У 25 (81%) больных (все больные групп, А и Б, 7 больных группы В) в ходе перестройки КМЦ с УМФ нарастания диаметра КМЦ не выявлено — полученные данные свидетельствуют, что у этой категории больных КМЦ вступали в перестройку с УМФ после завершения своего роста в толщину. Существование верхнего предела увеличения диаметра клетки при развитии гипертрофии КМЦ, возможно, обусловлено отклонением соотношения объемных (увеличение пропорционально r³) и поверхностных (увеличение пропорционально r²) характеристик структур гипертрофированного КМЦ от оптимальных значений [3]. Для сравнения следует отметить, что при гибернации КМЦ могут вступать в перестройку с УМФ даже при их обычном диаметре.

У 16 (52%) больных (все больные группы Б, 9 больных группы В) в ходе развивающейся клеточной перестройки с УМФ происходило увеличение длины КМЦ. Длина КМЦ прямо коррелировала со степенью УМФ у всех больных, у больных в группах, А и В и у каждого больного группы Б. При этом увеличение длины КМЦ коррелировало также с расширением полости ЛЖ у больных в группах Б и В. Полученные результаты подтверждают гипотезу, что удлинение КМЦ, уже прекративших свой поперечный рост, связано с дилатацией полости Л.Ж. Выявленное удлинение КМЦ, коррелирующее с размером желудочковой полости, совпадает с полученными ранее результатами при обследовании 10 больных с клапанными пороками и дилатационной кардиомиопатией [8]. При этом установленный факт, что нарастание длины КМЦ происходит в процессе клеточной перестройки с постепенной утратой тканеспецифичных признаков, согласуется с предположением о связи увеличения длины КМЦ в дилатированном желудочке с реэкспрессией в них эмбриональных генов, которое было сделано при анализе отношения длины клеток к диаметру [16].

У 13 (42%) больных группы В обнаружено нарастание в КМЦ диаметра клеточного ядра в процессе клеточной перестройки с УМФ. Оно происходило в тесной связи с расширением зон УМФ в клетках, коррелируя со степенью УМФ в КМЦ у всех больных и больных группы В. Увеличение размера ядра может быть результатом полиплоидизации КМЦ. Известно, что полиплоидизация КМЦ при физиологическом росте сердца завершается у детей в 8—12 лет [18]. Содержание тетраплоидных ядер КМЦ в миокарде ЛЖ у человека в возрастной группе 1—9 лет составляет 14%, 9—22 лет — 27%, в последующие годы относительно стабильно [19]. У взрослого человека уровень плоидности КМЦ может повышаться при развитии гипертрофии миокарда [18]. В частности, в периинфарктной зоне слабое повышение плоидности КМЦ описано через 5—6 мес, а значительное — через 1—9 лет после перенесенного инфаркта миокарда [20]. У больных с аортальным стенозом также обнаружено повышенное содержание ДНК в гипертрофированных КМЦ ЛЖ [7]. Можно предположить, что возвращение способности к полиплоидизации происходит на определенной стадии перестройки гипертрофированных КМЦ с УМФ, которая развивается с постепенной утратой свойств зрелой специализированной клетки и реактивацией свойств малодифференцированной клетки.

У 6 (19%) больных из группы В выявлено увеличение диаметра КМЦ в процессе перестройки этих клеток с УМФ. Во всех случаях оно происходило параллельно увеличению диаметра клеточного ядра. Полученные результаты позволили предположить, что увеличение диаметра КМЦ, которое завершалось до вступления клеток в перестройку с УМФ, возобновлялось в клетках, плоидность которых нарастала в ходе перестройки КМЦ с УМФ. Диаметр КМЦ прямо коррелировал с диаметром ядер КМЦ у всех больных и больных в группах А, Б и В, но не коррелировал со степенью УМФ в КМЦ.

Переход гипертрофированного сердца в стадию декомпенсации с развитием дилатации полости желудочка, как полагают, связан с исчерпанием возможности поперечного роста КМЦ, у которых начинает преобладать увеличение клеточной длины [3]. Обнаруженное в нашем исследовании у некоторых больных увеличение диаметра КМЦ, которое происходило параллельно увеличению диаметра ядра в процессе перестройки КМЦ с УМФ, может свидетельствовать о включении на этом этапе гипертрофии миокарда дополнительного механизма нарастания диаметра КМЦ за счет их полиплоидизации и, следовательно, — о включении дополнительного резерва компенсации на органном уровне.

У больных в группах А, Б и В достоверно не различались по величине диаметр КМЦ и их ядра, но средняя длина КМЦ была меньше у больных группы Б, у которых длина КМЦ возрастала по мере расширения УМФ (табл. 3). Полученные данные, по-видимому, свидетельствуют, что увеличение диаметра КМЦ, которое происходит параллельно увеличению размера ядер, опережает увеличение длины клеток, которое коррелирует с расширением зон УМФ. Длина КМЦ лишь позже достигает уровня, соответствующего увеличенному размеру ядра и диаметра КМЦ.

Развивающуюся перестройку КМЦ с постепенной УМФ, которая защищает клетки от энергетического истощения, а также увеличение размера клеточного ядра, которое может происходить в ходе этой перестройки и открывает возможность дополнительного увеличения диаметра КМЦ, следует рассматривать как компенсаторно-приспособительные изменения КМЦ. Однако клиническая эффективность этих компенсаторных механизмов в изученной группе больных не является очевидной. Так, согласно полученным результатам, развивающаяся перестройка гипертрофированных КМЦ с нарастанием УМФ и увеличением размера ядра КМЦ в миокарде дилатированного ЛЖ у больных сопровождалась снижением сократительной способности и нарастанием миокардиального систолического стресса стенки ЛЖ, а преобладающее увеличение длины КМЦ в ходе этой перестройки прямо коррелировало с расширением полости ЛЖ.

У больных с дилатационной кардиомиопатией, а также клапанными пороками с дилатацией КМЦ ЛЖ были гипертрофированы и находились на разных стадиях перестройки с нарастающей УМФ. У большинства больных КМЦ вступали в перестройку с УМФ после завершения их роста в толщину. В ходе перестройки у 52% больных зарегистрировано увеличение длины КМЦ, которая прямо коррелировала с размером полости Л.Ж. Эти результаты соответствуют гипотезе, что дилатация гипертрофированного желудочка связана с удлинением КМЦ после завершения их поперечного роста. У 42% больных в КМЦ в ходе их перестройки с УМФ происходило увеличение размера клеточных ядер, что, по-видимому, связано с полиплоидизацией КМЦ, у половины этих больных параллельно увеличению диаметра ядер происходило увеличение диаметра КМЦ, что может являться дополнительным резервом увеличения диаметра КМЦ за счет их полиплоидизации на этой стадии гипертрофии миокарда. Полученные результаты свидетельствуют о разных механизмах увеличения диаметра и длины гипертрофированных КМЦ, поскольку диаметр КМЦ прямо коррелировал с диаметром клеточных ядер, а длина КМЦ увеличивалась по мере расширения зон УМФ в клетках.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: И.Ф.Е.

Сбор и обработка материала: В.А.М., Э.В.К., И.Ф.Е.

Статистическая обработка данных: И.Ф.Е.

Написание текста: И.Ф.Е., Э.В.К.

Редактирование: Р.А.С., В.А.М.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.