Клинико-морфологические особенности диабетического фенотипа хронической сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса: фокус на новые маркеры миокардиального ремоделирования

Введение

Фундаментальной основой синдрома хронической сердечной недостаточности (ХСН) с сохраненной фракцией выброса (ХСНсФВ), характеризующегося в последнее десятилетие превалирующим ростом распространенности и высоким уровнем смертности, является ремоделирование сердца. В основе структурно-функциональной реорганизации миокарда, развивающейся в ответ на перегрузку объемом/давлением или утрату части жизнеспособного миокарда лежат геномные, молекулярно-клеточные и метаболические нарушения [1].

Ведущими факторами риска сложного фенотипа ХСНсФВ считаются артериальная гипертония (АГ), ожирение и сахарный диабет (СД) 2 типа (СД2Т). Сочетание ХСНсФВ и СД2Т большинство исследователей относят к отдельному часто встречающемуся и крайне неблагоприятному субфенотипу [2]. СД2Т представляет собой метаболическое заболевание, патогенетическую основу которого составляет хроническая гипергликемия и инсулинорезистентность [3], выступающие триггерами патологического каскада клеточных и молекулярных механизмов, приводящих к развитию макро- и микрососудистых осложнений [4].

Отличительной особенностью патогенеза ХСНсФВ, ассоциированной с СД2Т, считается формирование диабетической кардиомиопатии. При диабетической кардиомиопатии создаются условия/субстраты и индукторы/триггеры, активирующие сигнальные пути клеточной гибели [5]. Вклад различных видов программируемой/непрограммируемой клеточной смерти в ремоделирование миокарда и развитие фенотипа ХСНсФВ остается предметом активных дискуссий [1][6].

Актуальным направлением исследований, нацеленных на изучение механизмов модуляции вегетативного дисбаланса при ХСНсФВ, является изучение роли окситоцинергической системы [7]. Установлено, что окситоцин (Ох) реализует свое влияние на миокард через центральные и периферические механизмы с участием окситоциновых рецепторов (ОхR). Присутствие Ох и его рецепторов в кардиомиоцитах (КМЦ) и эндотелиальных клетках сосудов сердца подчеркивает его важную аутокринно/паракринную функцию [8]. Трансляционный кардиопротективный, прорегенераторный и глюкорегуляторный потенциал Ох, продемонстрированный в ряде работ [8-10], позволяет его рассматривать как новую диагностическую и терапевтическую мишень при ХСНсФВ и СД2Т.

Таким образом, целью настоящей работы стало изучение новых биомаркеров, а также клинических и морфологических особенностей ремоделирования миокарда левого желудочка (ЛЖ) у пациентов с диабетическим фенотипом (ДФ) ХСНсФВ, госпитализированных для проведения планового аортокоронарного шунтирования (АКШ).

Материал и методы

Представленное исследование было одобрено Локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО ОрГМУ Минздрава России от 25.09.2020г (протокол № 256). Все участники были проинформированы об этапах работы и подписали добровольное согласие. Тип исследования — одномоментное, когортное.

В группу исследования вошли 120 пациентов обоего пола с ХСНсФВ I-IIА стадии, I-III функционального класса (ФК) по классификации NYHА (New York Heart Association), 50% в сочетании с СД2Т (30 мужчин и 30 женщин), 50% без СД2Т (30 мужчин и 30 женщин), имеющие многососудистое поражение коронарных артерий атеросклеротического генеза и поступающие на плановое АКШ в кардиохирургическое отделение ГАУЗ "ООКБ им. В. И. Вой­нова". Набор участников проводился в период с января 2021г по июнь 2022г.

Диагноз ХСН был установлен согласно современным кли­ническим рекомендациям, стадия — в соответствии с классификацией Стражеско-Василенко, фенотип — с учетом фракции выброса (ФВ) ЛЖ, ФК — по NYHА [11].

Критерии включения в исследование: пациенты обоего пола в возрасте от 45 до 75 лет с ХСНсФВ (ФВ ≥50%), I-III ФК (симптомы + признаки ХСН; уровень N-концевого промозгового натрийуретического пептида (NT-proBNP) >125 пг/мл; эхокардиографические показатели: ФВ ≥50%, наличие структурных изменений сердца — увеличение левого предсердия и/или гипертрофия ЛЖ; диастолическая дисфункция (ДД) — на фоне ишемической болезни сердца, стенокардии напряжения III-IV ФК, АГ с/без СД2Т; наличие показаний для выполнения планового АКШ (многососудистое поражение с критическими стенозами коронарных артерий) и подписание добровольного информированного согласия до начала исследования.

Не включали в исследование пациентов с первичными кардиомиопатиями, врожденными пороками сердца, острыми воспалительными заболеваниями и хроническими заболеваниями в стадии обострения, хронической болезнью почек С3б-С5, тяжелыми поражениями печени (превышение показателей аланинаминотрансферазы и аспартатаминотрансферазы в >3 раза), онкологическими заболеваниями любой локализации, больных с др. нарушениями углеводного обмена — нарушением гликемии натощак или толерантности к глюкозе, СД 1 типа и другими типами СД, нейропатической и нейроишемической формами синдрома диабетической стопы, а также при отказе больных от участия в исследовании.

Помимо стандартного лабораторного исследования с оценкой содержания NT-proBNP ("NT-proBNP-ИФА-БЕСТ", Вектор-Бест, Россия) в крови больных с ХСНсФВ с/без СД определяли уровень Ох (Cloud-Clone Corp., КНР) методом иммуноферментного анализа.

На основе полученных эхокардиографических данных (ультразвуковой сканер ACUSON Sequoia, Германия) были определены типы ремоделирования миокарда ЛЖ, нарушения диастолической функции [11][12] и индекс глобальной функции (ИГФ) ЛЖ по формуле:

[УО/[(КДО ЛЖ+КСО ЛЖ)/2+объем миокарда ЛЖ]]×100%,

где КДО — конечный диастолический объем, КСО — конечный систолический объем, УО — ударный объем (объем миокарда ЛЖ — отношение массы миокарда ЛЖ к его плотности, равной 1,05 г/мл) [13].

Миокард ушка (УПП) правого предсердия (ПП), ре­зе­цированного на этапе канюляции ПП и нижней полой вены при АКШ, был изучен комплексно с помощью обще­гистологического, морфометрического [14] и иммуногистохимического [15] методов с оценкой экспрессии маркеров апоптоза каспазы-3/bcl-2 (B-cell lymphoma 2), пролиферации ki-67 и ОхR (Cloud-Clone Corp., КНР). Анализ микропрепаратов проводили на микроскопе МХ-300Т "MikroOptix" (Австрия) при увеличении ×400 в соответствии с разработанными ранее стандартами с применением программы "ImageJ 1.48v" (США).

Для статистической обработки полученных данных использовали программу Statistica 12.0 (Statsoft, США). Нормальность распределения признаков оценивали с помощью критериев Колмогорова-Смирнова (при n>50) или Шапиро-Уилка (при n<50). Количественные данные представляли в виде среднего (М) и стандартного отклонения (SD) в случае нормального распределения признаков; в виде медианы и интерквартильного размаха — Ме [ Q25; Q75] — в случае распределения, отличного от нормального. Статистическую значимость различий количественных данных определяли по U-критерию Манна-Уитни (при распределении, отличном от нормального) и по t-критерию Стьюдента (в случае нормального распределения). Качественные переменные были представлены в %, для сравнения использовали критерий χ² Пирсона с поправкой на непрерывность Йейтса. При p<0,05 данные считались статистически достоверными.

Результаты

В исследуемой когорте пациентов развитие ХСНсФВ было обусловлено ишемической болезнью сердца в сочетании с АГ. Продолжительность СД2Т (Me [ Q25; Q75]) составила 7,0 [ 6,0; 9,5] лет. Согласно полученным данным больные с ДФ ХСНсФВ имели тенденцию к более тяжелому течению ХСН (чаще встречался ФК III, меньшее расстояние при тесте 6-минутной ходьбы) и худшему качеству жизни, значимо бóльшую коморбидную нагрузку в сравнении с пациентами без СД2Т. У исследуемых с ХСНсФВ, ассоциированной с СД2Т, статистически чаще в анамнезе встречался инфаркт миокарда, АГ имела более тяжелое клиническое течение, несмотря на получаемую антигипертензивную терапию. Кроме того, больные с ДФ ХСН имели достоверно более высокий индекс массы тела, у них чаще, чем у пациентов без СД2Т, встречалось ожирение (таблица 1).

Анализ уровней циркулирующих биомаркеров выявил следующую особенность: группы с ХСНсФВ с/без СД2Т (р=0,378) не различались по содержанию NT-proBNP, в свою очередь, уровень Ох в крови оказался достоверно более низким в условиях хронической гипергликемии (р<0,001) (рисунок 1).

У пациентов с ХСНсФВ встречались все типы ремоделирования миокарда ЛЖ, но доминирующей оказалась эксцентрическая гипертрофия с некоторой тенденцией к более высокой частоте у больных с ДФ ХСНсФВ (рисунок 2).

Оценка диастолической функции ЛЖ показала, что в когорте больных с ДФ ХСНсФВ ДД 1 типа встречалась достоверно реже (р=0,022), а ДД 2 типа — чаще (р=0,028), чем у больных с ХСН без СД (рисунок 3).

Комплексное гистологическое исследование миокарда УПП у пациентов с ХСНсФВ выявило более выраженные структурно-функциональные изменения всех его компонентов в группе с СД2Т, включая КМЦ, соединительнотканные элементы стромы и сосуды микроциркуляторного русла. Мио­кард пациентов с ДФ ХСНсФВ характеризовался выраженным гетероморфизмом КМЦ с преобладанием гипертрофированных клеток, данные участки чередовались с зонами атрофированных, двуядерных и безъядерных сердечных миоцитов, нередко имеющих парануклеарное просветление цитоплазмы (рисунок 4). Наблюдались утолщение стенок сосудов микроциркуляторного русла (рисунок 4 А), переполнение их форменными элементами крови, а также участки локального сужения сосудов Вьессена-Тебезия (рисунок 4 Б). Важно отметить, что объемная плотность (ОП) капилляров — 10,0 [ 5,5; 14,6] vs 8,6 [ 5,7; 10,9]% (р=0,006 с/без СД2Т, соответственно) оставалась достоверно более высокой в условиях хронической гипергликемии. При этом ОП КМЦ — 41,8 [ 35,5; 48,2] vs 40,6 [ 32,7; 46,2]% (р=0,077) и соединительнотканных элементов стромы — 51,8 [ 44,6; 60,0] vs 50,4 [ 47,3; 61,0]% (р=0,304) оказались сопоставимыми у пациентов исследуемых групп.

При иммуногистохимическом исследовании установлено значимое преобладание апоптотической доминанты (экспрессия белка каспазы-3) над активностью антиапоптотического маркера bcl-2 в миокарде пациентов с СД2Т. Данные изменения сопровождались более выраженной активностью маркера пролиферации клеток ki-67 у больных с СД2Т в сравнении с группой без СД. Различия наблюдались и в экспрессии ОхR: высокая степень преобладала в миокарде пациентов с ДФ ХСНсФВ, легкая и умеренная — у пациентов без СД2Т (таблица 2).

Обсуждение

В связи со значительным фенотипическим разнообразием ХСНсФВ в научном сообществе активно ведутся исследования, посвященные изучению множества новых претендентов на биологические маркеры данного сложного синдрома и его отдельных субфенотипов (маркеры ремоделирования миокарда, системного воспаления, клеточной гибели и др.) [16].

В настоящее время ценность "золотого стандарта" диагностики ХСН — определение уровня NT-proBNP — продолжает оставаться дискутабельной для фенотипа ХСНсФВ ввиду его высокой изменчивости под влиянием различных факторов [11]. В настоящем исследовании достоверных различий в содержании NT-proBNP в крови между пациентами с ДФ ХСНсФВ и пациентами без СД2Т не установлено. При этом необходимо отметить, что наблюдалась тенденция к его повышению в диабетической когорте исследуемых больных с ХСНсФВ, что подтверждает важность его диагностического потенциала.

Общность патофизиологических сигнальных путей, объединяющих ХСН и СД2Т, обусловила целесообразность изучения молекулы Ox как нового перспективного биомаркера, продемонстрировавшего плейотропные протективные эффекты при различных кардиометаболических заболеваниях [8]. Нами установлено, что в группе с ДФ ХСНсФВ уровень Ох в крови значимо ниже по сравнению с пациентами без СД2Т. С одной стороны, это может расценивать как вероятный повышенный расход Ох, выступающего в роли регулятора уровня глюкозы крови. Известно, что Ох оказывает прямое влияние на β-клетки поджелудочной железы и, таким образом, стимулирует выработку инсулина в ответ на повышение гликемии [9]. Кроме того, Ох напрямую стимулирует поглощение глюкозы КМЦ через активацию киназных путей [17]. С другой стороны, данный факт может быть обусловлен ингибированием/истощением синтеза Ох в условиях хронической гипергликемии и длительного "вялотекущего" воспаления. Обе гипотезы о предполагаемой роли окситоцинергической системы в патогенезе ДФ ХСНсФВ требуют дальнейшего уточнения.

Как известно, патофизиологической основой синдрома ХСНсФВ является ремоделирование сердца, возникающее в ответ на его повреждение [1]. С целью повышения выявляемости патологических типов ремоделирования в настоящей работе у пациентов с избыточным весом и ожирением использовалась индексация массы миокарда ЛЖ к росту²^,⁷, а в группе больных с нормальным весом — к площади поверхности тела в соответствии с существующими клиническими рекомендациями [18]. Выявленные в рамках исследования более выраженные нарушения функции правых и левых отделов сердца в когорте больных с ДФ ХСНсФВ, вероятно, обусловлены запуском ряда патофизиологических механизмов в ответ на длительную гипергликемию [19].

Формирующийся при СД2Т энергодефицит способствует повышению жесткости [20], а липотоксичность и избыточное накопление продуктов гликозилирования — увеличению толщины и снижению ригидности миокардиальной стенки [21]. Более низкая ФВ ЛЖ у больных с ХСНсФВ, ассоциированной с СД2Т, в сравнении с пациентами без СД2Т, на наш взгляд, может быть обусловлена увеличением массы миокарда ЛЖ на фоне прогрессирующей гипертрофии, ассоциированной с нарушениями в метаболическом гомеостазе миокарда и гибелью КМЦ [22].

ФВ ЛЖ, как основной параметр оценки систолической функции ЛЖ [11], имеет ряд ограничений, т.к. учитывает не все изменения геометрии сердца. В связи с этим в проведенном исследовании определялся новый показатель — ИГФ ЛЖ, интересный, на наш взгляд, с прогностической/диагностической точки зрения. Это интегральный расчетный параметр, учитывающий ударный объем и глобальный объем ЛЖ (средний объем полости ЛЖ и объем миокарда) [13]. Нами установлено, что ДФ ХСНсФВ характеризовался более низкими значениями ИГФ ЛЖ, что по данным Лариной В. Н. и др. (2020) у пациентов с ХСН связано с худшей выживаемостью [23]. Кроме того, согласно результатам Фремингемского исследования, к снижению ФВ ЛЖ предрасполагает развитие эксцентрической гипертрофии [24], которая оказалась наиболее распространенным типом ремоделирования миокарда у изучаемых нами пациентов. Полученные данные согласуются с результатами ряда работ, также продемонстрировавших высокую распространенность эксцентрической гипертрофии [25], сопоставимую с концентрической гипертрофией, ранее считавшейся наиболее характерной для фенотипа ХСНсФВ [26].

При сравнительной оценке частоты обнаружения типов нарушений диастолической функции нами установлено преобладание ДД 2 типа у пациентов с ДФ ХСНсФВ. По мнению ряда авторов, это связано с уменьшением растяжимости сердечных миоцитов на фоне прогрессирующих гипертрофических изменений, а также с развитием фиброза, снижающего ригидность миокарда [27]. В работе Oatmen KE, et al. (2020) показано, что одним из вероятных механизмов патогенеза ХСНсФВ является активация и пролиферация аномального фенотипа фибробластов, устойчивых к апоптозу, разрушающих нормальный внеклеточный матрикс миокарда, что способствует его фиброзированию и нарушению функции [28].

Помимо общих структурно-функциональных изменений миокарда на молекулярно-клеточном уровне у всех пациентов с ХСН, следует обратить внимание на отличительные особенности, характерные для больных с ДФ ХСНсФВ. С одной стороны, более выраженные гипертрофические изменения КМЦ и их ядер при ДФ ХСНсФВ можно рассматривать в качестве кардиопротективного механизма, когда увеличение размеров сердечных миоцитов происходит в ответ на снижение общего числа клеток в условиях повреждения миокарда [29]. С другой, неуклонный рост гипертрофированных КМЦ может способствовать прогрессированию дисфункции сердца и приводить к патологическому ремоделированию. Ранее продемонстрировано, что диабетическое повреждение сердца, ассоциированное с гипертрофическими изменениями, обусловлено прогипертрофической активностью инсулина при его взаимодействии с одноименными рецепторами на поверхности КМЦ, а также рецепторами инсулиноподобного фактора роста-1 [21]. Вероятно, данный факт отчасти объясняет значимое увеличение экспрессии маркера пролиферации ki-67 у пациентов с ХСНсФВ, ассоциированной с СД2Т, в настоящем исследовании в отличие от группы больных без СД2Т.

Еще одной отличительной особенностью морфологического профиля миокарда пациентов с ДФ ХСНсФ, помимо активации гипертрофии и высокого пролиферативного потенциала КМЦ, стало преобладание апоптотической доминанты. Инициацией апоптотических сигнальных путей в миокарде при СД2Т можно объяснить частую встречаемость участков с атрофическими и дистрофически измененными сердечными миоцитами. Данная реорганизация, на наш взгляд, обусловлена снижением регенераторно-пластического потенциала сердца в условиях нарушений метаболического гомеостаза миокарда. Известно, что длительная гипергликемия приводит к ингибированию антиапоптотических внутриклеточных сигнальные путей, участвующих в защите миокарда, с образованием большого количества различных индукторов апоптоза [30]. Это подтверждается полученными нами результатами по существенному снижению антиапоптотического маркера bcl-2 и росту экспрессии каспазы-3 в миокарде пациентов с ДФ ХСНсФВ.

Следует обратить внимание, что стромальные изменения миокарда сопровождались достоверно более высокой экспрессией OxR и увеличением ОП капилляров при ДФ ХСНсФВ по сравнению с группой без СД2Т, что можно расценить как активацию компенсаторных механизмов в ответ на патологические стимулы. Данный факт подтверждают часто встречающиеся в миокарде расширенные сосуды Вьессена-Тебезия, анастомозы между большим и малыми кругами кровообращения, формирующие коллатеральный кровоток. По нашему мнению, это еще один защитный механизм, реализуемый сердцем, в ответ на его повреждение. Вместе с тем, стоит отметить, что выраженность фиброза миокарда от наличия СД2Т не зависела и была сопоставима в группах.

Ограничения исследования: одномоментное, одноцентровое исследование, небольшая выборка пациентов.

Заключение

Таким образом, результаты настоящей работы продемонстрировали, что ремоделирование миокарда при ДФ ХСНсФВ характеризуется более выраженными нарушениями функции правых и левых отделов сердца, гипертрофией миокарда, более низкой ФВ и ИГФ ЛЖ, эксцентрическим типом ремоделирования с преобладанием ДД 2 типа по сравнению с общей когортой пациентов с ХСНсФВ. Отличительными особенностями диабетического субфенотипа ХСНсФВ стали низкий уровень Ох и высокий уровень апоптоза КМЦ, что на наш взгляд, делает их потенциально новыми маркерами ремоделирования сердца при данной патологии.

Благодарности. Коллектив авторов выражает благодарность сотрудникам кардиохирургического отделения ГАУЗ "ООКБ им. В. И. Вой­нова" во главе с к.м.н., врачом-кардиохирургом высшей категории Рожковым В. О. за помощь в наборе биоматериала.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.