Ключевые слова: гипертоническая болезнь, ремоделирование левого желудочка, внеклеточный матрикс, гипертрофия левого желудочка, матриксная металлопротеиназа-1, С-концевой телопептид проколлагена І типа

Структурное ремоделирование левого желудочка (ЛЖ) при патологии сердца изучают с начала 80-х годов ХХ в. Ремоделирование миокарда – адаптивный ответ сердца на длительное воздействие различных физиологических и патогенных факторов, вызывающих изменения структуры кардиомиоцитов и экстрацеллюлярного матрикса. Основу патологической гипертрофии миокарда ЛЖ (ГЛЖ) при гипертонической болезни (ГБ) составляет не сам рост кардиомиоцитов, а ремоделирование внеклеточного пространства. Аномальная структура миокарда характеризуется чрезмерным и непропорциональным интерстициальным фиброзом. Эти изменения принимают участие в развитии диастолической и сократительной дисфункции сердца, прогрессировании сердечной недостаточности (СН) [9, 10].

Изменение структуры внеклеточного матрикса возникает при дисбалансе между скоростями синтеза и распада белков. В развитии фиброза при артериальной гипертензии (АГ) основную роль отводят повышенному образованию коллагена I и III типов на фоне снижения их деградации [12, 13]. В последние годы активно исследуются механизмы, клиническая значимость и фармакотерапия процесса ремоделирования ЛЖ [1, 2, 13]. Однако в современной литературе имеются единичные исследования по изучению функционального состояния и морфологической структуры внеклеточного матрикса при ГБ.

Цель исследования – изучение взаимосвязи между изменениями экстрацеллюлярного матрикса под действием плазменных маркеров фиброза и процессом ремоделирования миокарда левого желудочка у больных с гипертонической болезнью.

Материал и методы

Обследованы 69 больных (39 женщин и 30 мужчин) с АГ различной степени (в соответствии с критериями ВОЗ, 1999 г.). АГ 1-й степени диагностировали у 14 (20,3 %) пациентов, 2-й степени – у 34 (49,3 %), 3-й степени – у 21 (30,4 %). Возраст больных – 27–71 лет, в среднем (52,8±8,9) года. У 23 (33,3 %) пациентов была выявлена СН I функционального класса (ФК), у 43 (62,3 %) – II ФК, у 3 (4,4 %) – III ФК (по классификации NYHA). В исследование не включали больных с симптоматической АГ, пороками сердца, аритмиями сердца, хроническими заболеваниями дыхательной системы, коллагенозами и эндокринной патологией, кроме ожирения, пациентов, перенесших инфаркт миокарда. До обследования больные не принимали постоянно антигипертензивные препараты в течение полугода.

В контрольную группу были включены 20 лиц (10 мужчин и 10 женщин) в возрасте 27–66 лет (в среднем (43,3±11,9) года) без АГ и других выше перечисленных заболеваний.

Для оценки характера структурного ремоделирования ЛЖ проводили эхокардиографию в соответствии с рекомендациями Американского эхокардиографического общества [6]. Из парастернального доступа в М-режиме определяли конечно-диастолический (КДР) и конечно-систолический (КСР) размеры, конечно-диастолический (КДО) и конечно-систолический (КСО) объемы, толщину межжелудочковой перегородки (ТМЖП) и задней стенки (ТЗС) ЛЖ, индекс КДР (ИКДР). Массу миокарда (ММ) ЛЖ рассчитывали по формуле Penn Convention [3,7]:

Индекс ММ (ИММ) ЛЖ определяли по следующей формуле: ИММ ЛЖ = ММ ЛЖ/ППТ, где ППТ – площадь поверхности тела. Относительную толщину стенки (ОТС) ЛЖ рассчитывали по формуле: ОТС = ТМЖП + ТЗС ЛЖ/КДР. ГЛЖ диагностировали при величине ИММ ЛЖ более 125 г/м2 независимо от пола пациента (критерии Европейского общества гипертензии, 2001).

Типы структурно-геометрического ремоделирования определяли в соответствии с принципом A. Ganau [5]: нормальная геометрия (НГ) ЛЖ (ОТС ЛЖ менее 0,45, без ГЛЖ); концентрическое ремоделирование (КР) ЛЖ (ОТС ЛЖ более 0,45, без ГЛЖ); концентрическая гипертрофия (КГ) ЛЖ (ОТС ЛЖ более 0,45, с ГЛЖ) и эксцентрическая гипертрофия (ЭГ) ЛЖ (ОТС ЛЖ менее 0,45, с ГЛЖ).

Для изучения фибропластистических процессов в межклеточном пространстве, характера и выраженности паренхиматозно-стромальных нарушений, патогенетической роли интерстициального фиброза при ремоделировании миокарда определяли уровень в плазме крови неактивной (проформы) матриксной металлопротеиназы-1 (проММП-1) и C-концевого телопептида проколлагена I типа (СТП-І) – маркера деградации коллагена І типа. Для исследования использовали кровь, взятую из кубитальной вены, которую центрифугировали при 2000 об/мин в течение 15 мин. Плазму отбирали в пластиковые пробирки и хранили в замороженном виде при температуре -20 °С до проведения анализа. Определение концентраций проММП-1 в плазме крови проводили с помощью оригинальных наборов для иммуноферментного анализа фирмы “TBS” (Великобритания), а СТП-І – фирмы “Nordic Bioscience Diagnostics” (Дания).

Статистический анализ проводили с использованием программного пакета Statistica 6,0.

Результаты и их обсуждение

В нашем исследовании у 16 (23,2 %) пациентов отмечали НГ ЛЖ, у 13 (18,8 %) – КР, у 21 (30,4 %) – КГ, у 19 (27,6 %) – ЭГ. Таким образом, в исследуемой выборке преобладали пациенты с ГЛЖ (58 %). При сравнительном анализе эхокардиографических показателей пациентов основной и контрольной групп отмечали увеличение ОТС ЛЖ и ИММ ЛЖ у пациентов с АГ (Р<0,05). Кроме того, для больных с ЭГ было характерно повышение показателей КДР, КДО, ИКДР, КСР, КСО (Р<0,0001) и снижение фракции выброса (ФВ) (Р<0,05). При КГ отмечали увеличение КДР, КДО (Р<0,05), а при КР – уменьшение КДР, КДО, ИКДР, КСР, КСО (Р<0,0001) (табл. 1).

Таблица 1 Эхокардиографические показатели внутрисердечной гемодинамики у больных с ГБ в зависимости от геометрии ЛЖ

Примечание. * – различия показателей достоверны по сравнению с таковыми в контрольной группе (Р<0,05–0,0001). То же в табл. 2.

Учитывая результаты проведенных ранее немногочисленных исследований, свидетельствующих о значительной роли соединительнотканного каркаса в ремоделировании миокарда при ГБ, было бы важно выявить некоторые патогенетические звенья, участвующие в развитии заболевания. В настоящее время в литературе практически отсутствуют данные исследований, изучающих активность соединительной ткани при АГ, в частности при разных типах геометрии ЛЖ. Одним из важнейших факторов коллагеногенеза является семейство цинкосодержащих эндопептидаз – ММП. ММП-1 расщепляет более 40 % коллагена, преимущественно 1, 2-го и 3-го типов [2, 13]. При ГБ под воздействием различных нейрогуморальных факторов уровень ММП-1 снижается, что приводит к накоплению коллагена вэкстрацеллюлярном матриксе [10, 12]. Не зафиксировано данных о характере изменений уровня проММП-1 при АГ. Мы целенаправленно изучали влияние неактивного фермента, чтобы определить характер нарушений, приводящих к снижению содержания и активности ММП-1. Кроме того, об активности ММП-1 можно судить по содержанию в крови продуктов распада коллагена 1-го типа, а именно СТП-І [1].

Для установления связи между структурно-геометрическими изменениями ЛЖ и состоянием внеклеточного матрикса определяли уровни маркеров интерстициального фиброза – проММП-1 и СТП-І. У больных с АГ уровень проММП-1 был выше по сравнению с таковым показателем у лиц контрольной группы (соответственно (3,87±2,25) и (1,38±0,82) нг/мл, Р<0,001). Концентрация СТП-І у пациентов с ГБ была более низкой, чем у здоровых лиц, – соответственно (0,382±0,150) и (0,561±0,223) нг/мл (Р<0,01).

При всех типах геометрии ЛЖ отмечали достоверное повышение уровня проММП-1 по сравнению с контрольной группой (Р<0,05) (табл. 2).

Таблица 2 Уровни маркеров интерстициального фиброза при разных типах ремоделирования миокарда ЛЖ при гипертонической болезни

Наиболее высокие уровни проММП-1 наблюдали у пациентов с ГЛЖ (КГ, ЭГ) (Р<0,05). В общей выборке больных с АГ была выявлена положительная корреляционная связь между содержанием в плазме крови проММП-1 и ИММ ЛЖ (r=0,67, Р<0,05) (рис. 1), ИКДР (r=0,66, Р<0,05) (рис. 2), ММ ЛЖ (r=0,57, Р<0,05), КДР (r=0,55, Р<0,05), КДО (r=0,56, Р<0,05), КСР (r=0,36, Р<0,05), КСО (r=0,38, Р<0,05), ТМЖП (r=0,40, Р<0,05), ТЗС ЛЖ (r=0,38, Р<0,05). Значимой корреляционной зависимости с ОТС ЛЖ, ФВ не отмечали.

 
Рис. 1. Скатерграмма корреляции проММП-1 и ИММ ЛЖ (r=0,67; Р<0,0001; проММП-1=-4,247+0,06ґИММ ЛЖ).

Рис. 2. Скатерграмма корреляции проММП-1 и ИКДР (r=0,66; Р<0,0001; проММП-1=-14,13+,69ґИКДР).

 Таким образом, повышенное образование проММП-1 взаимосвязано с нарушением конфигурации и изменением размеров ЛЖ преимущественно за счет увеличения поперечных размеров его полости (КДР, КДО, КСР, КСО) и в меньшей степени – толщины стенок.

У больных с ГБ концентрация СТП-І в плазме крови была ниже, чем у здоровых лиц (Р<0,05). У пациентов с КР ЛЖ наблюдали более низкие уровни СТП-І, чем у лиц с НГ и ЭГ (Р<0,05). Уровень СТП-І отрицательно коррелировал с ОТС ЛЖ
(r=-0,41, Р<0,05).

Следует отметить достоверные различия в содержании проММП-1 у больных в зависимости от ФК СН. Так, уровень проММП-1 при СН I ФК составил (2,52±1,25) нг/мл, II–III ФК – (4,15±2,24) нг/мл (Р<0,01). При этом у больных с СН I ФК определяли преимущественно НГ и КР (65 %), у пациентов с СН II ФК – КГ и ЭГ (70 %).

Значимых корреляционных связей между маркерами обмена коллагена и возрастом, полом, ППТ не выявлено.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о существовании тесной взаимосвязи между процессами ремоделирования ЛЖ и выраженностью активации системы ММП-1. На основе полученных данных можно предположить, что повышение уровня проММП-1 является компенсаторным механизмом сердца в ответ на изменение массы, размеров и структуры миокарда ЛЖ. Однако в предыдущих исследованиях было установлено, что у больных с АГ отмечают снижение концентрации и активности ММП-1 [1, 13]. Подобные изменения можно объяснить следующими механизмами. Во-первых, переход проММП-1 в активную форму (ММП-1) блокируется на уровне ферментативной реакции при участии блокаторов активатора плазминогена. Во-вторых, активность ММП-1 может непосредственно угнетаться тканевыми ингибиторами матриксных металлопротеиназ и различными нейрогуморальными факторами (ренин-ангиотензин-альдостероновая система, трансформирующий фактор роста b, базальный фактор роста фибробластов, фактор некроза опухоли a, NO-синтаза, гиперактивность симпатоадреналовой системы и многие другие) [2, 9, 10, 11].

В то же время снижение уровня и угнетение активности ММП-1 является компенсаторным и направлено на укрепление коллагеновой сети, которое необходимо для противостояния повышенному напряжению миокарда вследствие повышенного артериального давления. Достоверное снижение концентрации СТП-І при всех типах ремоделирования свидетельствует об уменьшении деградации коллагена 1-го типа. Данные изменения непосредственно приводят к накоплению коллагена в межклеточном пространстве и дальнейшему развитию фиброза [1, 2, 4, 8].

На основе полученных результатов установлена взаимосвязь между уровнем СТП-І и ОТС ЛЖ, что подтверждает наибольшее снижение концентрации данного пептида у больных с концентрической моделью ремоделирования ЛЖ.

Таким образом, полученные данные подтверждают существенную роль интерстициального фиброза в патогенезе ремоделирования миокарда ЛЖ и могут быть использованы при разработке стратегии лечения пациентов с ГБ и прогноза эволюции гипертензивного сердца. Однако многие аспекты этих механизмов требуют дальнейших исследований.

Выводы

1. По результатам определения индекса массы миокарда левого желудочка с использованием формулы Penn Convention у пациентов с гипертонической болезнью преобладали структурно-геометрические типы ремоделирования с наличием гипертрофии левого желудочка.
2. Выявлена сильная положительная корреляционная связь между содержанием в плазме крови неактивной матриксной металлопротеиназы-1 и индексом массы миокарда левого желудочка (r=0,67, Р<0,05), индексом конечно-диастолического размера (r=0,66, Р<0,05). Повышенное образование неактивной матриксной металлопротеиназы-1 у больных с артериальной гипертензией связано с нарушением конфигурации левого желудочка преимущественно за счет увеличения поперечных размеров его полости и в меньшей степени – толщины стенок.
3. Выявлена отрицательная взаимосвязь между уровнем С-концевого телопептида проколлагена 1-го типа и степенью концентричности левого желудочка.
4. Преобладание процессов синтеза коллагена 1-го типа над его распадом является одним из ключевых моментов в патогенезе ремоделирования левого желудочка при артериальной гипертензии.

1. Bonn D. Collagen degradation changes help explain organ failure in hypertension // Lancet. – 1998. – Vol. 352. – P. 52.
2. Creemers E., Cleutjens J., Smits J. et al. Matrix metalloproteinase inhibition after myocardial infarction // Circ. Res. – 2001. – Vol. 89. – P. 201-210.
3. Devereux R.B., Reichek N. Echocardiographic determination of left ventricular mass in man: anatomic validation of the method // Circulation. – 1977. – Vol. 55. – P. 613-618.
4. Diez J., Laviades C., Mayor G. et al. Increased serum concentrations of procollagen peptides in essential hypertension: relation to cardiac alterations // Circulation. – 1995. – Vol. 91. – P. 1450-1456.
5. Ganau A., Devereux R.B., Roman M.J. et al. Patterns of left ventricular hypertrophy and geometric remodeling in essential hypertension // J. Amer Coll. Cardiology. – 1992. – Vol. 19. – P. 1550-1558.
6. Levy D., Svage D., Garrison R. I. et al. Echocardiographic criteria for left ventricular hypertrophy (The Framingham Heart Study) // Amer. J. Cardiology. – 1987. – Vol. 59. – P. 956-960.
7. Palmeri V., Dahl?f B., DeQuattro V. et al. Reliability of echocardiographic assessment of left ventricular structure and function: The Preserve Study // J. Amer. Coll. Cardiology. – 1999. – Vol. 34. – P. 1625-1632.
8. Querejeta R., Varo N., Lopez B., Larman M. et al. Serum carboxy-terminal propeptide of procollagen type I is a marker of myocardial fibrosis in hypertensive heart disease // Circulation. – 2000. – Vol. 101. – P. 1729-1735.
9. Spinale F.G., Coker M. L., Krombach S.R. et al. Matrix metalloproteinase inhibition during the development of congestive heart failure: effects on the left ventricular dimensions and functions //Circ. Res. – 1999.– Vol. 85. – P. 364-376.
10. Weber K.T. Monitoring tissue repair and fibrosis from a distance // Circulation. – 1997. – Vol. 96. – P. 2488-2492.
11. Woessner Jr. J.F. Matrix metalloproteinases and their inhibitors in connective tissue remodeling // FASEB J. – 1991. – Vol. 5. – P. 2145-2154.
12. Zannad F., Alla F., Dousset B. et al. Changes of serum markers of cardiac extracellular matrix turnover in heart failure and high risk patients // Eur. Heart J. – 2001. – Vol. 22. – P. 378-382.
13. Zannad F., Dousset B., Alla F. Treatment of congestive heart failure // Hypertension. – 2001. – Vol. 38. – P. 1227-1232.

Plasma markers of myocardial fibrosis in left ventricular remodeling of hypertensive patients

O.N. Kovalyova, E.V. Kolosov

The role of myocardial fibrosis in the pathogenesis of left ventricular (LV) remodeling in hypertensive patients was studied. 69 patients with hypertension and 20 healthy persons have been examined. Structural and functional parameters assessed by M-echocardiography. Plasma pro-matrix metalloproteinase-1 (proMMP-1) and C-terminal telopeptide procollagen I type (CITP) levels were determined with enzyme-linked immunosorbent assay. The plasma proMMP-1 level was increased in all hypertensive patients in comparison with normotensive persons ((3,87±2,25) ng/ml vs (1,38±0,82) ng/ml, P<0,001). ProMMP-1 concentration was higher in group with LV hypertrophy than in group without LV hypertrophy (P<0,05). The plasma CITP concentration was significantly lower in hypertensive patients than in control group ((0,382±0,150) ng/ml versus (0,561±0,223) ng/ml, P<0,01). The negative correlation was found between plasma CITP level and relative wall thickness (r=-0,41, P<0,05). In conclusion, the excessive proMMP-1 production correlates with abnormal LV configuration mainly resulting in increased chamber dimensions and less wall thickness. The negative relation between plasma level of CITP and LV degree of concentricity was exposed. Prevalence of collagen type I synthesis over its degradation is one of key steps in the pathogenesis of LV remodeling in hypertensive heart disease.