Введение к работе
Актуальность проблемы. В структуре заболеваемости и смертности детей сердечно-сосудистые заболевания по-прежнему занимают лидирующие позиции (Басаргина Е.Н., 2003; Терещенко С.Н., 2004; Школьникова М.А., 2008). Несмотря на достижения в диагностике и лечении заболеваний сердца, хроническая сердечная недостаточность у детей встречается часто и, следовательно, поиск новых маркеров прогнозирования ее течения и эффективных средств терапии остается актуальным.
В последние десятилетия прошлого столетия получила определенное развитие так называемая, нейрогормональная концепция возникновения хронической сердечной недостаточности. Однако, несмотря на теоретическую привлекательность, значимость нейрогормональной гиперактивации в развитии хронической сердечной недостаточности оказалась переоцененной (Мареев В.Ю., 2002; Березин А.Е., 2004; Скворцов А.А., 2006). Сегодня правильнее говорить не о чрезмерной активации отдельных нейрогормональных систем, даже таких мощных как ренин-ангиотензин-альдестероновой или симпатико-адреналовой, а о дисбалансе нейрогормональных факторов, вызывающих пролиферацию или апоптоз клеток и ремоделирование миокарда. В настоящее время стало очевидным, что в формировании хронической сердечной недостаточности немаловажную роль играют изменения структуры внеклеточного матрикса и гибель клеток путем апоптоза (Ярилин А.А., 1997; Москалева Е.Ю., 2006).
В последние годы установлены основные механизмы развития хронической сердечной недостаточности: регенеративно-пластические изменения кардиомиоцитов и последующая их гибель путем апоптоза, сопряженные с нарушениями структурно-функционального состояния внеклеточного матрикса и последующим формированием фиброза (, 2007; Xiao J. 2009). Выявлена альтерация компонентов внеклеточного матрикса, которая осуществляется при дисбалансе активности матриксных металлопротеиназ (ММП) и их тканевых ингибиторов (ТИММП). Причем деструкция коллагеновой сети миокарда может быть вызвана факторами, индуцирующими или повышающими активность матриксных металлопротеиназ, либо снижающими фоновую активность их тканевых ингибиторов. Однако синергично-антагонистические отношения указанных ферментов и их ингибиторов в процессах повреждения внеклеточного матрикса (ВМ) кардиомиоцитов при хронической сердечной недостаточности по существу не исследовались. Остаются невыясненными вопросы регуляции активности матриксных металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов в процессах деградации коллагена и фиброзирования миокарда, сопровождающихся ремоделированием сердца и реконструкцией его камер.
Исследования молекулярных механизмов апоптоза при различных формах патологии сердца является одной из актуальных проблем медицинской науки. Длительное время считалось, что апоптоз не характерен для высокодифференцированных тканей. Однако в последние несколько лет установлен апоптоз кардиомиоцитов при остром и хроническом миокардите (Das A., 2005; Ricci С., 2005). Гибель клеток путем апоптоза происходит также при гипоксии на фоне уменьшения кровоснабжения органа (Симоненко В.Б., 2000; Niessner A., 2009). Вместе с тем недостаточно изучены особенности индукции и течения апоптоза при различных формах патологии сердца. Существуют противоречивые данные о значимости изменений комплекса Fas-рецептор–Fas-лиганд (Fas-R–Fas-L) при индукции апоптоза по мембранному пути у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями (Аббасова С.Г., 1999; Швел И.А. 2009; Li Y., 2004; Stamatis A., 2007). В полной мере не исследованы процессы высвобождения митохондриальных апоптических факторов, одним из которых является цитохром-С (Vempati U.D. 2007). Важным является выяснение степени асимметрии внешнего и внутреннего слоев плазматической мембраны по составу их фосфолипидов, в частности, связи фосфатидилсерина с аннексином-V. Особый интерес представляет анализ процессов регуляции апоптоза и изменений внеклеточного матрикса, механизмов взаимосвязи программированной клеточной гибели и состояния кардиомиоцитов, а также их влияние на выраженность процессов фиброзирования миокарда.
Для определения связи между изменениями активности матриксных металлопротеиназ и динамикой ряда параметров апоптоза кардиомиоцитов на фоне комплексной терапии хронической сердечной недостаточности представляется необходимой также оценка значимости изменений геометрии сердца и его функционального состояния, особенно при кардиомиопатиях и врожденных пороках сердца у детей. Все вышеизложенное определило цель настоящей работы.
Цель работы: установить закономерности изменений сывороточных матриксных металлопротеиназ и факторов апоптоза при кардиомиопатиях и врожденных пороках сердца у детей для оптимизации диагностики и лечения.
Задачи исследования:
1. определить динамику содержания матриксных металлопротеиназ и их тканевого ингибитора в сыворотке крови при кардиомиопатиях и врожденных пороках сердца у детей.
2. установить изменения факторов апоптоза в крови на разных стадиях формировании сердечной недостаточности у детей.
3. определить изменения продукции оксида азота и активности супероксиддисмутазы при различной тяжести недостаточности кровообращения у детей с кардиомиопатиями и врожденными пороками сердца.
4. выявить особенности изменений содержания матриксных металлопротеиназ и маркеров активности апоптоза фоне комплексной терапии хронической сердечной недостаточности при кардиомиопатиях и врожденных пороках сердца у детей.
Научная новизна: впервые установлены закономерности изменений продукции матриксных металлопротеиназ, индукторов апоптоза и их регуляторов при хронической сердечной недостаточности у детей с различными формами кардиомиопатий и врожденных пороков сердца. Показано, что длительное функционирование апоптоза при патологии сердца у детей дополнительно подтверждает динамический характер процесса клеточного умирания и свидетельствует о том, что терапевтические мероприятия, проводимые даже недели спустя от начала ишемического повреждения, могут защищать поврежденный миокард.
Выявлено, что у детей с хронической сердечной недостаточностью типовой реакцией является усиление митохондриального пути развития апоптоза, связанного с высвобождением цитохрома-С и образованием апоптосом, инициирующих каспазный путь, а также активация Fas-зависимого мембранного пути апоптоза, сопровождающегося изменениями фосфолипидного состава плазматической мембраны и увеличением содержания аннексина, который является маркёром апоптоза у таких больных. Выявлены различия сывороточных уровней матриксных металлопротеиназ в зависимости от стадии недостаточности кровообращения и нозологических форм изучаемых заболеваний сердца
Впервые установлены тесные взаимосвязи между эхокардиографическими показателями сердца, сывороточным содержанием матриксных металлопротеиназ и тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ-1 и индукцией процессов апоптоза, а также их регуляторами у детей с недостаточностью кровообращения.
Впервые у детей при дилатационной, гипертрофической, рестриктивной кардиомиопатиях и врожденных пороках сердца установлены разнонаправленные изменения соотношений концентраций матриксных металлопротеиназ и тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ-1, что указывает на вариации ремоделирования миокарда при различных заболеваниях сердца.
У детей с кардиомиопатиями и врожденными пороками сердца установлены однонаправленные изменения сигнальных молекул апоптоза независимо от нозологических форм, наибольшая активность которых выявлена у больных с выраженными проявлениями недостаточности кровообращения при дилатационной и рестриктивной кардиомиопатиях, а также у пациентов c аномальным отхождением левой коронарной артерии от легочной артерии.
Впервые установлено, что доказательством участия апоптоза в гибели кардиомиоцитов при кардиомиопатиях и врожденных пороках сердца у детей является протективное действие фармакологических вмешательств, направленных на его селективное торможение.
Впервые в детской кардиологии в клинических условиях доказана эффективность влияния комплексной терапии на стабилизацию матриксных металлопритеиназ, маркеров и регуляторов апоптоза, что обусловлено способностью препаратов уменьшать степень гипоксического повреждения кардиомиоцитов, регулировать метаболизм миокарда, подавлять программированную гибель клеток и развитие избыточного фиброза.
Практическая значимость работы
Изменения морфометрических и функциональных параметров сердца у детей с кардиомиопатиями и врожденными пороками сердца, сопровождающиеся изменением концентраций матриксных металлопротеиназ / тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ-1 в сыворотке крови, усилением клеточной гибели и нарушением баланса в системе их регуляторов, позволяют считать ММП-1, ММП-2, ММП-9, ТИММП-1, показатели апоптоза, а также уровни оксида азота и супероксиддисмутазы значимыми маркерами повреждения миокарда у детей при кардиомиопатиях и врожденных пороках сердца.
Значимые изменения соотношений концентраций матриксных металлопротеиназ / тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ-1 при гипертрофической кардиомиопатии и разных стадиях недостаточности кровообращения при дилатационной и рестриктивной кардиомиопатиях и врожденных пороках сердца свидетельствуют о выраженной деструкции коллагена, развитии фиброза миокарда с нарушением его функций. Смещение баланса в сторону блокады матриксной металлопротеиназ-1 у детей с гипертрофической кардиомиопатией, врожденными пороками сердца и дилатационной кардиомиопатией при недостаточности кровообращения IIБ – III стадиях свидетельствует о потере контроля над избыточным образованием фиброза во внеклеточном матриксе.
Повышение содержания матриксных металлопротеиназ и отсутствие адекватного контроля тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ-1 приводят к деградации коллагена, ремоделированию сердца, что характерно для больных с дилатационной кардиомиопатией при недостаточности кровообращения I-IIA стадий, рестриктивной кардиомиопатией и аномальным отхождением левой коронарной артерии от легочной артерии.
Сохраняющаяся высокая концентрация ММП-2 и ММП-9 в сыворотке крови больных с дилатационной и рестриктивной кардиомиопатией на разных стадиях недостаточности кровообращения свидетельствует о перманентности деструктивных процессов во внеклеточном матриксе и является предиктором неблагоприятного прогностического исхода заболевания
Применение ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента и -адреноблокаторов у детей с хронической сердечной недостаточностью оказывает кардиопротективное действие на миокард, предотвращает ремоделирование сердца, способствует повышению эффективности комплексной терапии и ускоряет обратную динамику систолической и диастолической дисфункции миокарда.
Определение концентрации изучаемых протеаз и сигнальных молекул апоптоза в сыворотке крови детей с кардиомиопатиями и врожденными пороками сердца являются объективными критериями оценки тяжести нарушения кровообращения, что позволяет рекомендовать анализ содержания этих биохимических агентов для оценки эффективности и безопасности лечения ХСН у детей.
Внедрение результатов работы в практику.
Критерии анализа ремоделирования сердца при кардиомиопатиях и ВПС, а также способы их коррекции и методы оценки эффективности проводимой комплексной терапии у детей внедрены в кардиологическом отделении и консультативно-диагностическом центре НЦЗД РАМН.
Материалы диссертации по диагностике и лечению кардиомиопатий и врожденных пороков сердца включены в учебный курс повышения квалификации стажеров, клинических ординаторов и аспирантов в НЦЗД РАМН.
Установленные методы оптимизации комплексной терапии и способы оценки эффективности лечения детей с кардиомиопатиями и врожденными пороками сердца целесообразно использовать в диагностических центрах и стационарах, специализированных кардиологических отделениях, а также в других лечебных учреждениях, занимающихся диагностикой, лечением и профилактикой сердечно-сосудистых заболеваний у детей и подростков.
Апробация диссертации. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: XI конгрессе педиатров России «Актуальные проблемы педиатрии» (Москва, 2007); XII конгрессе педиатров России «Актуальные проблемы педиатрии» (Москва, 2008); VIX Всероссийском съезде сердечно-сосудистых хирургов (Москва, 2008); XVI Съезде педиатров России (Москва, 2009); IV Европейском конгрессе педиатров (Europaediatrics, Moscow, 2009).
Структура диссертации. Работа изложена на _____ машинописных листах. Диссертация стоит из введения, обзора литературы, описания объема и методов исследований, четырех глав собственных исследований, обсуждения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, включающего ______ отечественных ______ зарубежных источников. Работа иллюстрирована ______ таблицами и ______ рисунками.
Работа выполнена в кардиологическом отделении (зав. – д.м.н., проф. Е.Н. Басаргина) и лаборатории клинической биохимии (зав. – д.м.н., проф. М.И. Баканов) НИИ педиатрии НЦЗД РАМН (директор – академик РАМН, профессор А.А. Баранов).
Специальные исследования проводились в отделениях ультразвуковой диагностики (зав.–д.м.н., проф. И.В. Дворяковский), функциональной диагностики (зав.–д.м.н., проф. О.Ф. Лукина), рентгеновском отделении (зав. – к.м.н. Е.Н. Цыгина), отделении компьютерной томографии (зав.–д.м.н. Е.И.Зеликович) и патологоанатомической лаборатории (зав.–д.м.н., проф. А. Г.Талалаев) НИИ педиатрии НЦЗД РАМН.
В кардиологическом отделении был обследован 191 ребенок в возрасте от 2 мес. до 16 лет, из них 171 больной с кардиомиопатиями и врожденными пороками сердца. При этом с дилатационной кардиомиопатией (ДКМП) было 68 больных, с гипертрофической кардиомиопатией (ГКМП) - 36, с рестриктивной кардиомиопатий (РКМП) - 14 и с врожденными пороками сердца (ВПС) - 53. Референтную группу составили 20 условно здоровых детей.
Диагностика указанных форм патологии сердца осуществлялась на основании данных анамнеза, клинического осмотра и инструментальных исследований: электрокардиографии (ЭКГ), суточного мониторирования ЭКГ (СМ ЭКГ), эхокардиографии (ЭхоКГ) с допплерографией, рентгеновского и томографического исследования органов грудной клетки.
Регистрацию ЭКГ проводили в 12 общепринятых отведениях на электрокардиографах «Мингофон-7» и «Megacart» фирмы «Simens». Холтеровское мониторирование ЭКГ осуществляли с помощью систем «Medilog Optima F4» фирмы «Oxford» и «МТ-200» фирмы «Schiller».
ЭхоКГ-исследование проводили с использованием ультразвуковой диагностической системы «Seqvonia 512» (Acuson). Кроме одномерного и двухмерного сканирования выполняли импульсную допплер-ЭхоКГ для определения наличия и степени выраженности митральной и трикуспидальной регургитации, легочной гипертензии и диастолической функции миокарда левого желудочка. При оценке эхокардиографических данных сердца детей определяли фактические показатели и по уравнениям линейной регрессии представляли их в процентах от должных величин (Иванов А.П., 1988).
Определение содержания матриксных металлопротеиназ: ММП-1, ММП-2, ММП-9 и их тканевого ингибитора – ТИММП-1, а также маркеров апоптоза: sFas-R, sFas-L, цитохрома С, аннексина-V и Cu/Zn супероксиддисмутазы (СОД) использовали метод количественного твердофазного иммунноферментного анализа (ИФА). Принцип метода ИФА основан на количественном определении исследуемого биологического агента в сыворотке крови человека с помощью его послойного связывания со специфичными антителами.
Определение концентрации оксида азота (NO) в сыворотке крови проводили колориметрическим методом. Принцип метода основан на ферментном превращении нитрата в нитрит с участием фермента нитрат-редуктазы и колориметрическом измерении концентрации нитрита по азо-красителю, образующемуся в реакции Грисса (Реутов В.П.,1998).
Всем больным с кардиомиопатиями и врожденными пороками сердца проводили симптоматическое лечение, направленное на уменьшение выраженности симптомов недостаточности кровообращения, и включало ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (ИАПФ), мочегонные препараты, сердечные гликозиды и у ряда больных -адреноблокаторы. Назначение больным ИАПФ было обусловлено наличием признаков сердечной недостаточности. При этом предварительно проводили пробу, которая заключалась в назначении капотена в дозе 0,2–0,4 мг/кг/сутки, под контролем числа сердечных сокращений (ЧСС) и артериального давления (АД), определяемых каждые 30 минут в течение 4-х часов. Результат считался положительным, если у ребенка не появлялось жалоб, а величина АД не снижалась более чем на 10% по сравнению с исходным уровнем. В последующем первоначальную дозу препарата увеличивали до 0,8–1 мг/кг/сутки в зависимости от динамики клинических показателей.
Оптимальной дозой ингибиторов АПФ, применяемых в педиатрической практике, считается то количество препарата, при применении которого снижается конечный систолический объем (КСО), конечный диастолический объем (КДО) и давление в левом желудочке; повышается сердечный выброс и поддерживается рабочее системное давление без проявлений брадикардии (Атрощенко И.Е., 2001; Gregory B., 2006). Больным с ДКМП лечение -адреноблокаторами было начато на фоне предшествующего длительного приема ИАПФ, дигоксина и диуретиков при стабильном клиническом состоянии.
Статистическую обработку всех полученных данных выполняли с использованием пакета программы «Statistica 6.0». Оценка распределения параметров в выборках проводилась с помощью построения гистограмм и графиков. Рассчитывали среднюю величину (M), ошибку средней (m); данные в тексте и таблицах представляли в виде M±m. Для сравнения средних величин использовали ANOVA и считали различия статистически значимыми при р<0,05. Корреляционный анализ в зависимости от распределения проводился по методам Пирсона и Спирмана.
