Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. Современные аспекты постинфарктного ремоделирования сердца стр.11
1.1. Современные представления о ремоделировании сердца при ИБС стр.11
1.2. Патогенез ишемического ремоделирования ЛЖ стр.13
1.3. Фундаментальные аспекты постинфарктного ремоделирования сердца стр.22
1.4. Особенности ремоделирования миокарда после АКШ стр.25
Глава 2. Материал и методы исследования стр. 30
Глава 3. Клинические аспекты ремоделирования сердца у больных с постинфарктным кардиосклерозом при кардиохирургическом лечении стр.40
Глава 4. Роль структурно-функциональных изменений миокарда в развитии ремоделирования сердца у больных с постинфарктным кардиосклерозом при кардиохирургическом лечении стр.61
Глава 5. Роль апоптоза клеток миокарда в развитии ремоделирования сердца у больных с ИБС в послеоперационном периоде стр.88
Глава 6. Обсуждение полученных результатов стр.101
Выводы стр. 125
Практические рекомендации стр. 127
Список литературы стр. 128
- Патогенез ишемического ремоделирования ЛЖ
- Роль структурно-функциональных изменений миокарда в развитии ремоделирования сердца у больных с постинфарктным кардиосклерозом при кардиохирургическом лечении
- Роль апоптоза клеток миокарда в развитии ремоделирования сердца у больных с ИБС в послеоперационном периоде
- Обсуждение полученных результатов
Введение к работе
Актуальность исследования. Утрата части сократительного миокарда вследствие инфаркта, повторяющихся ишемий либо воспалительного процесса, а также хроническая перегрузка сердца объемом циркулирующей крови сопровождается комплексом структурных изменений кардиомиоцитов и немышечных клеток. Эти изменения, наблюдаемые в гистоструктуре и геометрии камер сердца, называются «ремоделированием сердца» (Sabbah H. N., Kono T., 1992). В более широком понимании ремоделирование сердца означает процесс комплексного изменения структуры и функции сердца в ответ на повреждающую нагрузку или утрату части жизнеспособного миокарда (Anguenot T., Bussand J., 1992).
Исследованиями последних лет выявлены инструментально-морфологические параллели, позволяющие говорить о ремоделировании сердца как о едином клинико-морфологическом синдроме, имеющем важное значение для прогноза у больных с ишемической болезнью сердца (Anversa P., 1995; Akiyama К. et al., 1997; Кузнецов Г.Э., 2003; Pangonyte D. et al., 2008). Одним из существенных звеньев развития ремоделирования сердца является апоптоз мышечных и немышечных клеток миокарда. Установлена достоверная зависимость основных гемодинамических показателей, характеризующих систолическую и диастолическую функцию сердца, от числа кардиомиоцитов, подвергшихся апоптозу (Саликова С.П., 2004; Angelini A. et al., 2007; Хлапов А.П., 2008).
Анализ имеющихся работ по ремоделированию миокарда показал, что в основном исследуются такие параметры, как геометрия сердца, объем левого желудочка, напряжение его стенок (Francis G. S., 1998; Кузнецов Г. Э., 2002). В то же время ультраструктурные и молекулярно-генетические изменения кардиомиоцитов в условиях хирургического лечения ишемической болезни сердца остаются малоизученными.
На сегодняшний день критериями эффективности хирургического лечения ишемической болезни сердца, как правило, являются полнота восстановления кровотока по пораженным сосудам и сократительной функции левого желудочка, приводящие к улучшению клинической картины заболевания (Белов Ю.В., Вараксин В.А., 2003). Однако при оценке результатов реваскуляризации имеет значение и подход, который, с одной стороны, учитывал бы состояние перфузии миокарда и его насосной функции, а с другой – выраженность ремоделирования миокарда (Агеев Ф. Е., Скворцов А.А., 2000). С практической точки зрения, важно понять, как влияет реваскуляризация миокарда на структурно-функциональную перестройку левого желудочка сердца, и, наоборот, зависит ли эффективность операции от исходной степени ремоделирования (Беленков Ю.Н., Саидова М.А., 1999). В настоящее время подобные взаимоотношения мало изучены, исследования в этом направлении практически не проводились.
Не менее важным является вопрос о морфофункциональной оценке компенсаторных и приспособительных возможностей элементов миокарда при прогрессировании патологического ремоделирования левого желудочка (Беленков Ю. Н., 1996; Cohn J., 2000)
Таким образом, вопросы ремоделирования сердца у больных с ишемической болезнью сердца при кардиохирургическом лечении требуют дальнейших исследований, особенно в плане проведения клинико-морфологических параллелей.
Цель и задачи исследования
Цель работы - установление структурно-функциональных и молекулярно-генетических особенностей ремоделирования сердца у больных с ишемической болезнью сердца при кардиохирургическом лечении.
Для достижения этой цели были сформулированы следующие задачи:
1. Установить особенности гемодинамических показателей и геометрии левого желудочка у оперированных больных с ишемической болезнью сердца в зависимости от клинических проявлений и степени поражения коронарного русла.
2. Выявить структурно-функциональные изменения в миокарде, явления апоптоза кардиомиоцитов и немышечных клеток у больных с ишемической болезнью сердца в интраоперационных условиях.
3. Определить клинико-морфологические параллели между показателями систолической и диастолической функций сердца, и морфофункциональными параметрами в миокарде у больных ишемической болезнью сердца в интраоперационных условиях.
4. Сформулировать морфофункциональные критерии прогноза развития послеоперационного ремоделирования левого желудочка и возможного прогрессирования хронической сердечной недостаточности у больных с ишемической болезнью сердца.
Научная новизна:
Впервые с позиций многоуровневой структурно-функциональной организации миокарда получены результаты о диапазоне гисто- и органотипических потенций кардиомиоцитов и немышечных клеток, реализуемых в постинфарктных условиях с точки зрения их лимитирования в зависимости от прогрессирования хронической сердечной недостаточности.
Впервые в интраоперационных условиях проведено комплексное морфофункциональное исследование структурных изменений в миокарде больных с постинфарктным кардиосклерозом и различными стадиями хронической сердечной недостаточности с позиций оценки адаптивных возможностей его клеточных элементов.
Впервые определена роль апоптоза кардиомиоцитов в развитии ремоделирования сердца у больных с ишемической болезнью сердца, перенесших инфаркт миокарда. Установлена прямая взаимосвязь между числом кардиомиоцитов, подвергшихся апоптозу, и основными гемодинамическими показателями, характеризующими систолическую и диастолическую функцию левого желудочка. Определены цитологические критерии прогнозирования развития послеоперационного ремоделирования сердца и прогрессирования хронической сердечной недостаточности.
Обоснована возможность прогнозирования послеоперационного ремоделирования левого желудочка и прогрессирования сердечной недостаточности у больных с постинфарктным ремоделированием сердца на предоперационном этапе на основе анализа гистологических, эхокардиографических и клинических данных.
Теоретическое и практическое значение работы.
Определение закономерностей структурной реорганизации миокарда у больных с ишемической болезнью сердца, выявление роли апоптоза кардиомиоцитов обосновывает представление о диапазоне гисто- и органотипических свойств тканевых элементов в условиях постинфарктного ремоделирования сердца и репаративного кардиомиогенеза.
Характер структурно-функциональных изменений в миокарде у больных с постинфарктным ремоделированием сердца, в том числе динамика апоптоза кардиомиоцитов, имеет прогностическое значение для оценки компенсаторных и приспособительных возможностей сердца в условиях гемодинамических и нейрогуморальных сдвигов.
Результаты сочетанного исследования больных, в том числе эхокардиографического и морфологического (интраоперационных биоптатов миокарда), могут быть использованы в качестве диагностических критериев прогнозирования развития послеоперационного ремоделирования сердца и прогрессирования хронической сердечной недостаточности, что обеспечит эффективную реализацию лечебно-профилактических мероприятий у данной категории пациентов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Постинфарктное ремоделирование сердца сопровождается реорганизацией миокарда, являющейся следствием нарушений клеточного и тканевого гомеостаза, в основе которого лежит комплекс изменений клеточных элементов миокарда, происходящих на тканевом, клеточном, субклеточном и молекулярно-генетическом уровнях.
2. Параллелизм динамики эхокардиографических показателей постинфарктного ремоделирования сердца и структурно-функциональных изменений миокарда позволяет рассматривать данный процесс как единый клинико-морфологический синдром.
3. Ремоделирование сердца и прогрессирование хронической сердечной недостаточности связано с установлением в интраоперационных условиях ограничения компенсаторных возможностей клеточных элементов миокарда, необратимостью ультраструктурных изменений в нем, возрастанием кардиомиоцитов с признаками апоптозной доминанты.
Внедрение.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс и практику НИР на кафедре гистологии, цитологии и эмбриологии, кафедре патологической анатомии, кафедре госпитальной терапии
им. Р.Г. Межебовского, кафедре факультетской терапии, отделении кардиологии ГУЗ «Оренбургская областная клиническая больница №2».
Апробация работы и публикации результатов исследования.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы гистологии. Гистогенез и регенерация тканей» (Санкт-Петербург, 2004г.), на VII Всероссийской конференции по патологии клетки (Москва, 2005г.), на Международном симпозиуме «Молекулярные механизмы регуляции функции клетки» (Тюмень, 2005г.), на конгрессе кардиохирургов в НЦССХ им. А.Н.Бакулева РАМН (Москва, 2006г.), на научном совещании «Актуальные проблемы учения о тканях» (Санкт-Петербург, 2006г.), на VIII конгрессе международной ассоциации морфологов (Орел, 2006г.), на II съезде кардиологов Уральского федерального округа (Екатеринбург, 2007г.), на международной гистологической конференции (Санкт-Петербург, 2008г.), на IX конгрессе международной ассоциации морфологов (Бухара, 2008г.), на Всероссийской научной конференции «Клиническая анатомия и экспериментальная хирургия в XXI веке» (Оренбург, 2009г.), на конференции, посвященной 65-летию кафедры госпитальной терапии им. Р.Г. Межебовского (Оренбург, 2010г.).
По теме исследования опубликовано 13 печатных работ, из них 8 в изданиях, рекомендованных ВАК Мионбрнауки РФ для публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, 3 глав результатов исследования, главы обсуждения, выводов, практических рекомендаций, литературного указателя, представлена в одном томе объемом 155 страниц.
Работа иллюстрирована 20 таблицами и 28 рисунками, которые включают микрофотографии, электронные микрофотографии, гистограммы. Список литературы содержит 277 источников, в том числе 143 иностранных. Диссертация изложена на русском языке.
Патогенез ишемического ремоделирования ЛЖ
Ишемическое ремоделирование и дисфункция левого желудочка (ЛЖ) зависят не только от перенесенного повреждения миокарда, но и от снижения резерва коронарного кровотока (Zhang J., Wilke N., 1996; Беленков Ю.Н., Саидова М.А., 1999). В ответ на любую потерю клеток миокарда или их функциональной активности, что отмечается, например, при инфаркте миокарда, активизируются процессы, способствующие поддержанию сердечного выброса и нормализации напряжения стенки желудочка. Исследователи считают, что этот процесс реализуется через ренин- ангиотензиновую систему и гипертрофию сегментов миокарда, не поврежденных инфарктом (Gary S., Erancis М. D., 1991; Арутюнов Г.П. с соавт., 2002). В случае обширных трапсмуральпых ИМ эти механизмы не всегда достаточны для нормализации напряжения стенки. Стимулы к дальнейшему ремоделированию сохраняются, так как сохраняется повышенное напряжение стенки или миокардиальный стресс, жизнеспособные миоциты гипертрофируются, соотношение масса/объем увеличивается и растет напряжение стенки (Anversa Р. et al., 1995; Флоря В.Г.,1997). С этим связана преждевременная гибель миокардиальных клеток, в том числе в сегментах миокарда, не пораженных инфарктом. Следовательно, устанавливается «порочный круг», где перерастяжение миокарда, поддерживая сердечный выброс, приводит к прогрессирующей потере миоцитов и дилатации ЛЖ (Бузиашвили Ю.И., Ключников И.В., 2002).
Механизм постинфарктной дилатации левого желудочка до конца не выяснен. Существует мнение, что постинфарктная дилатация ЛЖ связана не только с экспансией зоны инфаркта, но и с удлинением сокращающегося сегмента и изменением геометрии желудочка (Mitchell G.F. et al., 1992) за счет феномена «соскальзывания» мышечных волокон непораженных участков миокарда, приводящего к уменьшению количества слоев кардиомиоцитов и истончению миокардиальной стенки (Janicki J.S. et al., 1995; Крыжановский В.А., 1998; Агеев Ф.Е. с соавт., 2000).
Некоторые авторы полагают, что постинфарктное ремоделирование ЛЖ развивается больше в результате удлинения миоцитов, чем вследствие их «соскальзывания» (Anand I.S. et al., 1997). Неповрежденные участки миокарда вынуждены брать на себя функции поврежденных отделов, где приспособление к создавшимся условиям идет по пути компенсаторной гипертрофии (Qin D.,1996; Кушаковский М.С., 1997), развитию которой способствует то, что в условиях хронической ишемии снижается потребление кардиомиоцитами гликогена (Su X., 2000). Мышечная масса ЛЖ нарастает без увеличения числа миокардиальных клеток, то есть без их гиперплазии (BrillaG.G., Maisch В., 1994).
Увеличивающийся после ИМ размер ЛЖ приводит к объемной перегрузке сердца, что сопровождается развитием адаптивной тоногенной дилатации и нарастанием мышечной массы без утолщения стенки ЛЖ (эксцентрическая гипертрофия миокарда) (Никитин Н.П. с соавт., 1999; Bolognese L., Cerisano G., 1999).
Таким образом, изначально ремоделирование представляет собой компенсаторный процесс, направленный на поддержание контрактильной функции ЛЖ за счет гипертрофии миокарда и расширения камер сердца (Никитин Н.П. с соавт., 1999; Беленков Ю.Н. с соавт., 1996). Однако увеличение объема остаточной крови ведет к дальнейшему расширению полости ЛЖ (Кушаковский М.С., 1997). Со временем компенсаторные возможности миокарда исчерпываются, и у значительной части больных тоногенная дилатация трансформируется в прогрессирующую миогенную (Cohn J.N., 1995; Никитин Н.П. с соавт., 1999), приводящую к изменению геометрической формы желудочка, резкому увеличению напряжения его стенок, и, как следствие, снижению насосной функции сердца и развитию хронической сердечной недостаточности (Беленков Ю.Н. с соавт., 1996; Freude В. et ah, 1998). В результате преобладания скорости дилатации над процессом гипертрофии миокарда (Devereux R.B., 1989; Каленич О., 1999) ЛЖ становится более тонкостенным, нарушается геометрия его полости с переходом к гемодинамически невыгодной сферической форме (Gandron P.J. et al., 1987; Никитин Н.П. с соавт., 1999; Беленков Ю.Н., 2000). Авторы полагают, что в этой ситуации ремоделирование ЛЖ приобретает характер дезадаптационного (Lai Т. et al., 2000; Беленков Ю.Н., 2000; Кузнецов Г.Э., 2003).
Постинфарктное ремоделирование ЛЖ происходит неравномерно и сопровождается более выраженной дисфункцией зон, прилежащих к инфаркту (Melillo G. et al., 1996).
В настоящее время у пациентов с ИБС, перенесших инфаркт миокарда, выделяют раннее и позднее постинфарктное ремоделирование сердца (Anand I.S. et al., 1997). Считается, что процесс раннего ремоделирования ЛЖ после ОРІМ включает нарушение топографии как пораженных, так и непораженных областей. В пораженной области распространение зоны инфаркта с региональным расширением и истончением инфарктной зоны имеет место в первые 24 часа от начала заболевания (Алехин М.В., Седов В.П., 1996; Anand I.S. et al., 1997). Дилатация ЛЖ в остром периоде ИМ может быть отнесена к компенсаторному механизму, поддерживающему систолический объем и возникающему при поражении более 20% миокарда (Anversa Р. et al., 1995; Никитин Н.П., Алявин А.Л., 1998). Париетальное истончение инфицируемой области ЛЖ является следствием снижения сопротивления пораженного миокарда во время систолического напряжения при каждом сокращении и осуществляется за счет нескольких механизмов, включающих растяжение миоцитов с уменьшением их диаметра и скольжение миоцитов по отношению друг к другу (Anversa Р., 1995; Blyalchman F.A. et al., 1995).
Все большее число исследователей описывают процессы ремоделирования, имеющие место в непораженном, отдаленном от зоны некроза миокарде (Batista R.J. et al., 1996; Рябова Т.П. с соавт., 2003). Отдаленный от площади инфаркта миокард подвергнут острому увеличению диастолического миокардиального стресса и, как указывалось выше, сопровождается скольжением миоцитов по отношению друг к другу и их гипертрофией. Наблюдаемая гипертрофия миокарда демонстрирует черты комбинированной перегрузки давлением и объемом (Bozkurt В. et al., 1998; Миронков Б.Л., 2000).
Высокий миокардиальный стресс в неповрежденном участке миокарда служит стимулом к развитию гипертрофии миокарда и ремоделированию камеры в хронической фазе после ИМ (Марцевич С.Ю., 2002). Гипертрофия непораженной сердечной мышцы является ранним физиологическим ответом на повреждение миокарда, сопровождающим изменения в пораженной зоне миокарда (Bonow R.O. et al., 1991; Bozkurt В. et al., 1998). Положительные эффекты начинающейся ранней фазы гипертрофии желудочка включают нормализацию систолической функции поврежденной стенки и поддержание ударного объема. Вместе с тем, длительное влияние высокого миокардиального стресса способствует переходу от гипертрофии сердечной мышцы к ее недостаточности (Brasch A.V. et al., 2000) .
Ранние изменения объема и геометрии ЛЖ имеют важное прогностическое значение для пациентов, перенесших ИМ (Беленков Ю.Н. с соавт., 2002; Белов Ю.В., Вараксин В.А., 2004). Даже относительно небольшое увеличение конечного систолического и конечного диастолического объемов ЛЖ после ИМ в 4 - 5 раз увеличивает риск смерти. Работы, проведенные в Институте клинической кардиологии им. Мясникова, а также другие источники показывают, что конечный систолический объем ЛЖ через 1 месяц после ИМ является самым строгим предиктором выживаемости, превышающим значение фракции выброса (Беленков Ю.Н., Мареев В.Ю. 2002).
При позднем постинфарктном ремоделировании в процесс вовлекается оставшийся неповрежденным сократительный миокард (Brilla C.G. et al., 1998; Инчина В.И. с соавт., 2000). Исследователи полагают, что при этом происходит сглаживание переходной зоны от рубца к оставшемуся миокарду. А это, в свою очередь, проявляется поздней сферификацией ЛЖ, приводящей к поздней его дилатации (Белов Ю.В., Вараксин В.А., 2002; Brilla C.G., Maisch В., 1998). При этом позднее увеличение систолического индекса сферичности превосходит увеличение диастолического индекса сферичности.
Роль структурно-функциональных изменений миокарда в развитии ремоделирования сердца у больных с постинфарктным кардиосклерозом при кардиохирургическом лечении
Различные варианты реконструкции левого желудочка в сочетании с аортокоронарным шунтированием (АКШ) занимают ведущее место в комплексном лечении больных, перенесших инфаркт миокарда (Громов Д.Г. с соавт., 2008; Сидоров Р.В. с соавт., 2008). Отдаленные результаты кардиохирургического лечения показывают, что в послеоперационном периоде у части пациентов происходит повторное ремоделирование левого желудочка, структурно-функциональные закономерности развития которого до конца не определены (Лукина 0.10. с соавт., 2005; Федюшина О.А. с соавт., 2007).
В настоящей главе представлены результаты наших исследований по изучению структурно-функциональных изменений миокарда ушка правого предсердия у больных с постинфарктным кардиосклерозом, которым проводилась операция АКШ, в аспекте поиска патоморфологических предикторов ремоделирования левого желудочка и прогрессирования ХСН у данной категории пациентов.
Выбор в качестве объекта морфологического исследования ушка правого предсердия, с одной стороны, обусловлен безопасностью для жизни больных интраоперационного забора миокарда в процессе подключения аппарата искусственного кровообращения, с другой стороны, в ранее проведенных работах было показано, что морфофункциопалыюе состояние миокарда ушка правого предсердия вполне отражает состояние миокарда в целом и, в частности, миокарда левого желудочка (Фролов В.А., Пухлянко В.П., 1989; Саликова С.П. с соавт., 2002; Казаков В.А., Кожевников М.Л., 2004).
В ходе исследования обнаружены существенные структурно- функциональные изменения миокарда ушка правого предсердия. Следует отметить наличие в миокарде выраженной мозаичности окрашивания КМЦ кислыми красителями: выявлялись как интенсивно воспринимающие краситель клетки, так и слабо окрашенные миоциты с разреженной саркоплазмой. На светооптическом уровне установлена выраженная вариабельность профилей КМЦ. Часто они приобретают разнообразные формы, напоминающие "вязанку хвороста" или ленту с большим количеством звездчатых разветвлений (рис. 7).
Иногда КМЦ располагались под углом по отношению друг к другу. Вместе с тем в большинстве случаев профили КМЦ соответствовали профилям поверхности капилляров. Выявлялись участки неправильного расположения мышечных волокон. В некоторых участках миокард выглядел разволокненным за счет выраженной дискомплексации миофибрилл, извитого их хода и значительного расширения межклеточных пространств за счет отека соединительной ткани (рис. 8).Особенно часто вышеописанные структурные изменения обнаруживались в миокарде больных с СН ПБ ст.
Сразу под эндокардом и в толще миокарда отмечались обширные поля жировой ткани, являющиеся, по-видимому, результатом перерождения КМЦ. В основной массе КМЦ были неравномерно гипертрофированы. В ряде случаев подобные миоциты со всех сторон были окружены соединительной тканью (рис. 9). Как правило, гипертрофированные КМЦ имели увеличенные в размерах ядра разнообразной, причудливой формы, иногда располагающиеся субсарколеммально. Иногда обнаруживались двуядерные КМЦ. Реже - сердечные миоциты с пикнотичными гиперхромными ядрами, интенсивно воспринимающими краситель (рис. 10). Выявлялись также КМЦ с различной степенью выраженности литических изменений. В таких клетках отмечались признаки внутриклеточного отека, вакуолизации, очагового лизиса миофибрилл и «опустошения» околоядерной зоны (рис. 11). По полюсам ядер в некоторых клетках наблюдались скопления липофусциновых гранул.
Выявлялись также миоциты с признаками дистрофии, с участками пересокращения и контрактурного повреждения миофибрилл и редукцией сократительного аппарата (рис. 12). Следует особо подчеркнуть, что в некоторых КМЦ отмечались признаки дезинтеграции мышечных волокон по вставочным дискам и картина локального повреждения межклеточных контактов (рис. 13). Причем вышеописанные изменения были более очевидными именно в миокарде ушка правого предсердия больных с СН ПБ ст.
Существенным изменениям подвергались также сосуды микроциркуляторного русла (МЦР). Интрамуральные артерии и артериолы в большинстве случаев находились в состоянии спазма, мышечная оболочка их была утолщена. В некоторых сосудах ядра эндотелиальных клеток выдавались в просвет. Вокруг артериол обнаруживались зоны периваскулярного отека и склероза. Вены были расширенными, заполненными форменными элементами крови. Нередко отмечались явления стаза эритроцитов в капиллярах, прекапиллярах и артериолах (рис. 14). В межмышечной ткани миокарда периваскулярно в некоторых случаях обнаруживались очаги геморрагического и плазморрагического пропитывания, очаговой лейкоцитарной инфильтрации.
При светооптическом анализе, а также исследовании полутонких срезов был установлен выраженный отек стромы миокарда. При этом основной вклад в увеличение стромального компонента миокарда вносило возрастание объема МЦР, коллагеновых волокон и основного вещества соединительной ткани.
Ультраструктурные исследования КМЦ показали, что при ХСН происходят существенные структурно-функциональные изменения миофибрилл: наблюдается их дезориентация, очаговый лизис и фрагментация, частичная или полная дискомплексация саркомеров, деформация Z-линий (рис. 15). Особенно ярко данные процессы проявляются в периферических участках цитоплазмы сердечных миоцитов, сопровождаются активизацией лизосом и формированием большого числа ламеллярных телец.
Нередко в КМЦ отмечается неравномерное сокращение миофибрилл, появление полос пересокращения, контрактурного повреждения. В некоторых сердечных миоцитах обнаруживаются участки смещения Z- дисков соседних миофибрилл по отношению друг к другу. У больных с СН ПБ стадией иногда наблюдались размывание и исчезновение дисков Z, А, приводящие к гомогенизации миофибрилл (рисЛ 6).
У больных с ХСН I и особенно TIA стадиями в зонах локальных разрушений миофибрилл регистрировалось большое количество свободных рибосом и полисом, появлялись небольшие вновь образованные миофибриллярные пучки, располагающиеся иод различными углами к длиннику клетки, что свидетельствует об осуществлении репаративного миофибриллогенеза. Напротив, у больных с ХСН ПБ стадии подобной картины мы не наблюдали, что, по нашему мнению, указывает на исчерпание резерва и возможностей внутриклеточной регенерации сократительных структур КМЦ.
Ультраструктурные исследования КМЦ показали, что миофибриллы занимают, как правило, большую часть их объема (таб. 17).
Однако убедительных различий их площадных и объемных характеристик в зависимости от стадии ХСН нами выявлено не было. Так при ХСН I стадии в некоторых случаях наблюдались атрофия сократительного аппарата и появление обширных зон "опустошения" цитоплазматического матрикса. И, наоборот, при ХСН ПБ стадии нередко обнаруживались "сохранные" миофибриллы, имеющие правильное строение и ориентацию (рис. 17).
Нами установлено, что в сердечных миоцитах существенные изменения также происходят и в митохондриях. По мере нарастания тяжести ХСН в них усиливались следующие ультраструктурные изменения: наблюдались их набухание, разрушение и фрагментация крист, вакуолизация и гомогенизация матрикса. В митохондриях происходило уменьшение количества крист. При этом установлен значительный внутриклеточный гетероморфизм митохондрий. Обнаруживались митохондрии различной порой весьма причудливой формы (гантелеобразные, в виде полумесяца, элипса и др.) и величины, неодинаковой электронной плотности матрикса. Часть митохондрий содержало осмиофильные гранулярные включения (рис. 18).
Следует подчеркнуть, что по мере нарастания ХСН митохондрии изменяли свою пространственную локализацию. У больных с СН НА и ПБ стадиями они часто располагались вблизи сарколеммы, контактирующей с прилежащими гемокапиллярами. Такая диспозиция данных органелл отражает соответствующие энергетические метаболические изменения КМЦ. Иногда плотно упакованные митохондрии обнаруживались в крупных выпячиваниях сарколеммы - кавеолах. В ряде случаев наблюдался феномен "выталкивания" органелл в межклеточное пространство. У больных с ХСН I стадией в некоторых КМЦ наблюдалось новообразование митохондрий, происходящее путем перешнуровки их на две части, или путем почкования.
Роль апоптоза клеток миокарда в развитии ремоделирования сердца у больных с ИБС в послеоперационном периоде
В последние годы широко обсуждается значение апоптоза в патогенезе многих заболеваний. Предполагают, что апоптоз может быть одним из существенных механизмов уменьшения числа функционирующих КМЦ при различной кардиальной патологии: гипертрофической кардиомиопатии, миокардите, аритмогенной кардиопатии правого желудочка, ИБС.
Активно изучается также роль апоптоза клеток миокарда в развитии послеоперационного ремоделирования сердца у больных с ИБС (Angelini А. et al., 2007; Хлапов А.П., 2008). Однако, однозначного взгляда на эту проблему до настоящего времени нет. Ряд авторов рассматривает апоптоз КМЦ как предиктор развития ХСН у пациентов после кардиохирургического лечения (Sharov V.G. et al., 1996; Ilceda S. et al., 1999).
В настоящей главе диссертации представлены результаты исследований на светооптическом, электронно-микроскопическом и иммуноцитохимическом уровнях. В последнем случае мы использовали моноклональные антитела к р53 (фирма "Дако"), bcl-2 и каспазе 3 (фирма «BioGenex»), а также набор реактивов ApopTag фирмы "lntegrin" для выявления фрагментации ДНК.
Как было показано выше, при анализе миокарда на светооптическом уровне нами был обнаружен выраженный гетероморфизм КМЦ. Было идентифицировано несколько типов сердечных миоцитов: клетки с признаками гиперплазии и гипертрофии с адекватной организацией и локализацией органелл; гипертрофированные КМЦ с глыбчатым, причудливой формы ядром и с ненарушенной топографией органелл; гипертрофированные клетки с участками локальных повреждений миофибрилл, в которых располагались крупные лизосомы, мелкие митохондрии со "смазанными" кристами, липофусциновые гранулы; КМЦ со значительной дискомплексацией саркомеров, фрагментацией и изменениями параллельной ориентации миофибрилл; сердечные миоциты с признаками атрофии и вакуолизации.
Среди КМЦ обнаруживались также клетки с разнообразными по форме ядрами, имеющими нечеткие волнообразные контуры. Хроматин таких ядер был резко конденсирован и располагался преимущественно по периферии ядра, что, по мнению некоторых авторов, может соответствовать морфологическим признакам апоптоза (Бережков И.О., 1990; Columbano А., 1995; Steller Н., 1995; Новиков В.С., 1996).
При ультраструктурном анализе нами также выявлялись отдельные клетки миокарда с таковыми специфическими изменениями. Эти клетки были уменьшены в объеме. В них наблюдались конденсация цитоплазмы, везикуляция мембранных структур, образование на поверхности крупных кавеол. Количество таких клеток составило не более 1% от общего числа КМЦ. Следует особенно подчеркнуть, что описываемые клетки располагались в миокарде, не имеющем признаков воспаления, некробиоза и некроза, что может косвенно свидетельствовать об их принадлежности к апоптозоизмененным клеточным элементам.
В ходе исследования нами были идентифицированы КМЦ и интерстициальные клетки с признаками апоптоза. В таких клетках имелись ядра с выраженной маргинацией и дезинтеграцией хроматина, с образованием множества выпячиваний кариолеммы. В этих случаях регистрировались ядра с глубоко инвагинированной кариолеммой, в плоскости ультратонких срезов содержащие митохондрии, что может указывать на причастность таких клеток к началу апоптоза. Следует особо подчеркнуть, что описанные апоптозные тельца как проявление финальной стадии апоптоза при электронно-микроскопическом исследовании обнаруживались редко (рис. 23), что, видимо, связано с быстротечностью данного процесса и трудностью его идентификации (Pouyssegur Р., 1985).
Нами также выявлены ультраструктурные изменения миокардиальных клеток, касающиеся их митохондрий и клеточной поверхности, не характерные для классической морфологической картины апоптоза. В КМЦ при этом отмечалась необычная конденсация внутриклеточных органелл, в частности митохондрий, скопления которых наблюдались либо в центральной части клеток (при этом атрофичные миофибриллы оттеснялись к краю клетки), либо по периферии между миофибриллами. Митохондрии в таких клетках были мелкими, полиморфными, с уплотненным матриксом. Нередко рядом с подобными клетками выявлялись макрофаги. Подобную реорганизацию клеток ряд исследователей относят к апоптотическому состоянию (Бокерия Л.А. с соавт., 1995; Бескровнова Н.Н. с соавт., 1998; Непомнящих Л.М. с соавт., 2001).
В некоторых КМЦ наблюдалось образование множества выпячиваний уплотненных участков цитозоля, прилежащего к клеточной поверхности, нередко достигающих значительных размеров и иногда содержащих конденсированные митохондрии, что нами расценено как признак формирования дискретных апоптозных структур цитоплазмы. В ряде случаев отмечалась отшнуровка подобных фрагментов клеток с элиминацией во внеклеточные пространства (рис. 24), где они могли затем фагоцитироваться макрофагами. При этом признаков воспаления в окружающих структурах сердечной ткани не выявлялось.
Электронно-микроскопическое исследование показало, что апоптозоизмененные клетки миокарда встречаются довольно редко (0,08- ОД 2%) и обнаруживаются у больных с постиифарктным кардиосклерозом и различными стадиями ХСН. Тем не менее, при ультраструктурном анализе достоверных различий между числом апоптозных клеток сердца и стадиями ХСН нами не установлено.
При иммуноцитохимическом исследовании (определение экспрессии р53) было выявлено, что экспрессия р53 отмечалась в клеточных элементах миокарда больных с различными стадиями ХСН. Она определялась в виде окрашивания цитоплазмы клеток в розовато-коричневатый цвет разной интенсивности (от слабой - до ярко выраженной) (рис. 25). В некоторых случаях в этих клетках обнаруживались также интенсивно окрашенные пикноморфные ядра, иногда смещенные па периферию (рис. 26). Количество клеток, экспрессирующих р53, варьировало от 15 до 7,4% (р 0,05) у больных в зависимости от тяжести ХСН, имея тенденцию к снижению по мере ее нарастания (рис. 27).
При проведении иммуноцитохимического исследования на выявление фрагментации ДНК ядерный хроматин клеток, вступивших в апоптоз, приобретал коричневое окрашивание, в то время как неизмененные ядра оставались голубыми (рис. 28), что подтверждает наличие в отдельных КМТД и немышечных клетках сердца больных с различными стадиями ХСН признаков апоптотической дегенерации. Следует подчеркнуть, что иммунопозитивные ядра обнаруживались в большинстве случаев в КМЦ. Число клеток миокарда, подвергшихся апоптозу, в зависимости от стадии ХСН колебалось от 0,012 % (при СН I) до 0,85% (при СН ПБ). Таким образом, мы наблюдали достоверное увеличение (по критериям данного метода) апоптоза сердечных миоцитов у пациентов с тяжелой сердечной недостаточностью.
Существенное различие в количестве определенных клеток с признаками апоптоза вышеописанными иммуноцитохимическими методиками можно, вероятно, объяснить тем, что они позволяют выявлять клетки, находящиеся в разных фазах апоптотического цикла (от клеток, готовых вступить в апоптоз и экспрессирующих р53, до клеток, ядра которых подверглись фрагментации и конденсации ДІЖ). Видимо, не все клетки, готовые вступить на путь апоптоза, затем доходят до его финальной стадии.
При иммуноцитохимическом исследовании на выявление в КМЦ экспрессии антиапоптотического протеина bcl-2 обнаруживались единичные иммунопозитивные клетки, цитоплазма которых имела коричневое окрашивание. Число сердечных миоцитов, экспрессирующих bcl-2, в миокарде больных с СН I и 1ІЛ ст. составило 0,02 % и 0,01 % соответственно (таб. 19). В миокарде больных с СН ІІБ ст., по данным нашего исследования, экспрессия bcl-2 в КМЦ не выявлялась.
Данные иммуноцитохимической реакции с применением моноклональных антител к каспазе 3 — ключевого фермента протеолитического каскада, ведущего к гибели клетки посредством апоптоза, показали увеличение КМЦ с признаками апоптоза (цитоплазма таких клеток приобретала коричневое окрашивание) в миокарде больных с выраженной ХСН: 5,7% - при СН ІІБ ст. против 1,2% - при СН I ст. (таб. 19)
Таким образом, апоптоз клеток миокарда, обнаруживался у больных с ИБС и разными стадиями ХСН, отражая при этом состояние тканевого гомеостаза и имея тенденцию к увеличению у пациентов с выраженной сердечной недостаточностью. Апоптоз КМЦ можно рассматривать в качестве одного из важных механизмов развития миокардиальной дисфункции и ремоделирования сердца.
Обсуждение полученных результатов
ИБС — одно из основных распространенных, прогрессирующих и прогностически неблагоприятных заболеваний сердечно-сосудистой системы, значительно снижающих качество жизни больных и приводящие в дальнейшем к летальному исходу (Бокерия Л.А., 1999; Миронков Б.Л., 2000; Loop F.D., 2000; Беленков Ю.Н. с соавт.,2002; Белов Ю.В., Вараксин В.В., 2002). Особое положение в общей структуре ИБС занимают больные, ранее перенесшие инфаркт миокарда, у которых впоследствии в 60% случаев развивается ХСН (Коц Я.И., Либис Р.А., 1993; Kalon К. et al., 1993; Cohn J.N., 1996; Никитин Н.П., 1999). Причинно-следственные связи, лежащие в основе комплекса постинфарктных изменений в миокарде являются в последние годы предметом пристального изучения (Агеев Ф.Е. и соавт., 2000; Lai Т. et al., 2000; Белов Ю.В. с совт., 2003) Для обозначения структурногеометрической перестройки миокарда после перенесеннохо инфаркта был введен термин «ремоделирование сердца» (Sharpe N., 1988).
Исследованиями последних лет установлено, что ремоделирование сердца — это сложный процесс, сопровождающийся комплексом структурных изменений на тканевом, клеточном, ультраструктурном и молекулярногенетическом уровнях как поврежденных, так и неповрежденных участков миокарда (Anversa Р., 1995; Akiyama К. et al., 1997; Pangonyte D. et al., 2008). Однако окончательно тонкие механизмы постинфарістного ремоделирования сердца до настоящего времени не выяснены. Всё это, несмотря на улучшение медикаментозной терапии, ухудшает прогноз для категории больных с инфарктом миокарда в анамнезе в плане прогрессирования ХСН (Белов Ю.В. с совт., 2003). В связи с этим остаются актуальными методы кардиохирургического лечения больных, перенесших инфаркт миокарда (Бокерия Л.А., 1999; Виллер А.Г., 2007; Крюков Н.Н. с соавт., 2010). Тем не менее, отдаленные результаты хирургического лечения показывают, что в послеоперационном периоде у части пациентов происходит утяжеление ХСН на фоне повторного ремоделирования левого желудочка, механизмы которого до конца не изучены. Всё это делает проблему исследования закономерностей развития постинфарктного ремоделирования актуальной, особенно в аспекте оценки влияния на него операции АІСІП.
Ниже приводится обсуждение результатов нашего исследования, посвященного выявлению структурно-функциональных и молекулярногенетических особенностей ремоделирования сердца у больных с ИБС при кардиохирургическом лечении. Проводя структурный анализ сердечной мышцы, мы, прежде всего, пытались установить параллели между морфологическими изменениями, происходящими на субклеточном, клеточном и тканевом уровнях, и показателями клинико эхокардиографического обследования больных, перенесших ранее инфаркт миокарда.
В настоящее время активно изучается влияние операции АКШ на течение у больных стенокардии и ХСН. Однако, несмотря на большое количество опубликованных работ по этой проблеме, результаты исследований неоднозначны и противоречивы (Следзевсая И.К. с соавт., 1997; Шелковникова Т.А. с соавт., 2007; Nardi Р. et al., 2001; Сидоров Р.В., 2008). Наше исследование показало достоверное улучшение клинических показателей: через 6 и 12 месяцев после АКШ увеличилось с 20% до 40,6% количество пациентов со ПФК стенокардии, уменьшилось число больных с высокими ФК стенокардии. Так до операции АКШ 70% и 6,6% больных имели III и IV ФК соответственно. Через год после операции коронарного шунтирования III ФК стенокардии выявлялся только у 51,4% пациентов, IV ФК - в 4% случаев. Таким образом, у 42,8% больных отмечалось улучшение течения стенокардии. После АКШ перехода больных в более высокий ФК стенокардии за период наблюдения не отмечалось. В этой части работы наши данные совпали с результатами других авторов. Так Белякова И.В. с соав. (2005), Меркулов Е.В. с соавт. (2008) показали, что уже через 3 месяца после операции реваскуляризации миокарда у большинства пациентов происходит снижение ФК стенокардии, причем положительное влияние АКШ сохраняется и через год после операции. Лежнев А.А. (2010), анализируя влияние АКШ на течение стенокардии, установил через год после операции увеличение с 3,9% до 41% числа больных без ангинозных приступов и с I ФК стенокардии и сокращение с 70,5% до 37,2% пациентов с
III ФК стенокардии. По данным Сейидова В.Г.и соавт., 2007, через 1 месяц после коронарного шунтирования у 74,8% больных симптомы стенокардии отсутствовали, в 18,8% случаев выявлялся I-II ФК стенокардии, в 6,4% - III IV ФК. Однако, авторы подчеркивают, что через 1 год после АКТИ результаты операции ухудшились по сравнению с таковыми в госпитальный период: отмечались достоверное уменьшение числа больных, у которых отсутствовали симптомы стенокардии, с 74,8 до 48,9%, увеличение числа больных со стенокардией I—II ФК с 18,8 до 38,1% и III—IV ФК с 6,4% до 13,0%. Ухудшение течения стенокардии у больных в отдаленные периоды после АКШ, по мнению большинства исследователей, связано с развитием рестенозов шунтов (Марцинкявичюс А., 1990; Навицкас Р.С, 1994; Brener S.J., 1997; Жбанов И. В., 2000).
Результаты нашего исследования показали, что восстановление коронарного кровотока с помощью операции АКШ оказывает влияние на течение ХСН, способствуя уменьшению ее тяжести. В основном это касалось пациентов с умеренной ХСН. Более показательно после операции реваскуляризации миокарда у больных менялся ФК ХСН. Через 6 месяцев после АКШ число пациентов с I ФК увеличилось на 21,4%, одновременно уменьшилось количество больных с III ФК на 18,57%. Подобная тенденция сохранялась и через год после операции АКШ
У пациентов контрольной группы, получавших консервативное лечение, особой положительной динамики течения ХСН за год наблюдения нами обнаружено не было. В 13,3% случаев отмечался переход в более низкий ФК ХСН.
Положительный эффект хирургического лечения ХСН показан во многих работах (Следзевская И.К. с соавт., 2005; Федюшина О.А. с соавт. 2007; Сидоров Р.В., 2008; Шипулин В.М. с соавт., 2010). По мнению большинства исследователей, в результате успешной реваскуляризации миокарда у больных ИБС не только исчезают ангинозные приступы, но и уменьшаются проявления дисфункции сердечной мышцы, что в основном манифестируется уменьшением клинико-инструментальных признаков сердечной недостаточности. В основе последнего лежит феномен «спящего» или «гибернирующего» миокарда. После хирургической реваскуляризации сердечной мышцы «спящий» миокард как бы «просыпается», что приводит к значительному улучшению сократительной способности левого желудочка (Rahimtoola S., 1984; Сидоренко Б.А. с соавт., 1997).
По данным Nardi Р. et al. (2001), Толкачева И.М. (2009), Лежнева А.А. (2010) через год после операции по реваскуляризации миокарда (аортокоронарного или маммарнокоронарного шунтирования) происходит уменьшение клинических признаков ХСН (прежде всего одышки), улучшается качество жизни пациентов и возрастает толерантность к физической нагрузке. Результаты исследования Честухина В.В. с соавт. (2008), также свидетельствуют об улучшении течения ХСН после операции АКШ. Авторы показали, что уже через несколько месяцев после восстановления коронарного кровотока отмечается снижение ФК ХСН не менее чем на 1 класс. Таким образом, результаты нашего исследования, указывающие на положительное влияние АКШ на течение ХСН, полностью сопоставимы с данными других работ.
Однако до настоящего времени окончательно не изучено влияние прямой реваскуляризации миокарда на течение и отдаленный прогноз XCPI у больных ИБС. Первые результаты крупномасштабного рандомизированного исследования (STICPI) продолжительностью 48 месяцев свидетельствуют об отсутствии значимого изменения ФК ХСН у пациентов после АКШ (Jones R.H. et al., 2009).
Резюмируя результаты этой части работы и сопоставляя их с данными литературы, можно сделать заключение, что операция АКШ способствует улучшению клинического течения стенокардии и ХСН, повышая качество жизни пациентов и толерантность к физическим нагрузкам, однако отдаленные результаты коронарного шунтирования и факторы, их определяющие, требуют дальнейшего изучения.
На сегодняшний день критериями эффективности хирургического лечения ИБС, как правило, являются полнота восстановления кровотока по пораженным сосудам и оптимизация сократительной функции левого желудочка, приводящие к улучшению клинической картины заболевания (Белов Ю.В., Вараксин В.А., 2003). Однако ряд исследователей считает, что при оценке результатов реваскуляризации необходим подход, который с одной стороны учитывал бы состояние перфузии миокарда и его насосной функции, а с другой - выраженность ремоделирования миокарда (Агеев Ф. Е. с соавт., 2000).
Нами установлено, что через 10 дней после АКШ достоверных изменений линейных и объемных показателей не происходило, отмечалось некоторое увеличение ФВ (особенно в группе больных с СН ПБ ст., имеющих изначально более низкую ФВ). Литературные сведения по вопросу оценки влияния коронарного шунтирования на функциональные и структурно-геометрические показатели сердца в ранние сроки после операции немногочисленны и разноречивы. Одни авторы подчеркивают, что через 10 дней после АКШ у больных с постинфарктным кардиосклерозом происходит уменьшение КДО и КСО ЛЖ (Ляпкова Н.Б. с соавт., 2007). Другие - указывают на отсутствие в эти сроки после восстановления коронарного кровотока динамики КСО, КДО и УИ, при незначительном увеличении ФВ на 4,1% (Прибылова Н.Н. с соавт., 2010).
Похожие диссертации на Особенности ремоделирования миокарда у больных с ишемической болезнью сердца при кардиохирургическом лечении
