CC BY
16
ПОСТТРАНСПЛАНТАЦИОННАЯ КАРДИОМИОПАТИЯ: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ КАРДИОМИОЦИТОВ В СРОКИ ДО 25 ЛЕТ ПОСЛЕ ОРТОТОПИЧЕСКОЙ ТРАНСПЛАНТАЦИИ СЕРДЦА
Дземешкевич С. Л.1,3, Цыпленкова В. Г.2, Фролова Ю. В.1, Воронина Т. С.1, Эттингер А. П.2
Российский научный центр хирургии им. академика Б. В. Петровского обладает опытом 30 ортотопических пересадок сердца с максимальным сроком наблюдения 25 лет. 9 пациентов пережили 11-летний период после операции, и у 6 из них на протяжении всего отдаленного периода 11-25 лет проводили ультраструктурное изучение кардиомиоцитов донорского сердца. В настоящей работе приведены результаты изучения митохондриального аппарата: данные свидетельствуют о нарастании деструктивных изменений в митохондриях со временем, что приводит к энергетическому дефициту кардиомиоцитов и прогрессированию посттрансплантационной кардиомиопатии.
Российский кардиологический журнал 2015, 11 (127): 42-45
http://dx.doi.org/10.15829/1560-4071-2015-11-42-45
Ключевые слова: трансплантация сердца, отдаленные результаты, митохондрии, посттрансплантационная кардиомиопатия.
1ФГБНУ Российский научный центр хирургии им. акад. Б. В. Петровского, Москва; 2ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н. И. Пирогова Минздрава России, Москва; 3ГБОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова Минздрава России, Москва, Россия.
Дземешкевич С. Л.* — д.м.н., профессор, зав. отделением хирургического лечения дисфункций миокарда и сердечной недостаточности, зав. кафедрой сердечно-сосудистой хирургии №1, Цыпленкова В. Г. — д.м.н., чл.-корр. РАЕН, профессор кафедры морфологии медико-биологического факультета, Фролова Ю. В. — к.м.н., в.н.с. отделения хирургического лечения дисфункций миокарда и сердечной недостаточности, Воронина Т. С. — врач-кардиолог, м.н.с. отделения хирургического лечения дисфункций миокарда и сердечной недостаточности, Эттингер А. П. — д.м.н., профессор, руководитель лаборатории экспериментальной хирургии Института трансляционной медицины.
*Автор, ответственный за переписку (Corresponding author): [email protected]
КМЦ — кардиомиоцит, ОТС — ортотопическая трансплантация сердца.
Рукопись получена 11.08.2015 Рецензия получена 13.08.2015 Принята к публикации 20.08.2015
POST-TRANSPLANTATION CARDIOMYOPATHY: ENERGY-PRODUCING PARTICLE OF CARDIOMYOCYTES AT THE TERMS UP TO 25 YEARS OF ORTHOTOPIC HEART TRANSPLANTATION
13 2 1 1 2
Dzemeshkevich S. L. ' , Tsyplenkova V. G. , Frolova Yu. V. , Voronina T S. , Ettinger A. P.
Russian Scientific Center of Surgery named after B. V. Petrovsky has an experience of 30 orthotopic heart transplantations with the maximum follow-up 25 years. Nine patients survived 11-year period after operation, of those in 6 during long-term period of 11-25 years we studied ultrastructural assessment of cardiomyocytes of the donor heart. This article provides the results of mitochondrial particles: the data witnesses on the increase of destruction in mitochondria with time that finally leads to energy deficit of cardiomyocytes and progression of post-transplant cardiomyopathy.
Russ J Cardiol 2015, 11 (127): 42-45
http://dx.doi.org/10.15829/1560-4071-2015-11-42-45
Key words: heart transplantation, long-term results, mitochondria, post transplant cardiomyopathy.
1FSBSI Russian Scientific Center of Surgery n.a. B. V. Petrovsky, Moscow; 2Pirogov Russian National Research Medical University (RNRMU), Moscow; 3I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health, Moscow, Russia.
Ортотопическая трансплантация сердца (ОТС) у взрослых в современной кардиологии обоснованно признается методом выбора в лечении конечной стадии сердечной недостаточности. В то же время отдаленные результаты таких операций демонстрируют определенную стагнацию, несмотря на улучшение технологии на всех этапах лечения. По данным современных европейских и североамериканских регистров, 1, 5, 10 и 15-летняя выживаемость после операции составляет примерно 84, 71, 50 и 30% [1-3]. Среди факторов, снижающих качество жизни и эффективность такого оперативного вмешательства в отдаленном периоде, прежде всего, выделяют васкулопатию трансплантата и онкологические проблемы, как следствие интенсивной иммуносупрессии [4, 5]. Значимую роль в ухудшении отдаленных результатов играет также посттрансплантационная кардиомиопатия,
гипотезу развития которой мы высказали в 1998г. В последующем, оценивая эту концепцию как с клинической, так и с морфологической позиции, мы убеждались в правомочности и жизненности высказанных ранее предположений [4, 6].
Настоящая работа посвящена анализу результатов электронно-микроскопического изучения митохондрий кардиомиоцитов (КМЦ), полученных из биоп-татов правого желудочка у пациентов через 11-25 лет после ОТС. Несмотря на большое число публикаций, в которых даны описания митохондрий КМЦ при различных функциональных состояниях и болезнях миокарда, сведения по анализу митохондрий донорского сердца (и, тем более, в обозначенные сроки после трансплантации) крайне ограничены. Представленные в настоящей публикации данные электронно-микроскопической оценки состояния мито-
хондрий КМЦ донорского сердца логично дополняют нашу концепцию посттрансплантационной кардиомиопатии. И, несмотря на фундаментальную научную составляющую этих фактов, они могут иметь и конкретное прикладное значение в корректировке протокола медикаментозной терапии пациентов в отдаленном периоде после ОТС.
Материал и методы
К настоящему времени (август 2015г) наш коллектив имеет опыт 30 ОТС: у 16 пациентов в связи с дила-тационной, и у 14 — по поводу ишемической кардиомиопатии. Ежегодно, начиная с 10-го года после операции, у 6 пациентов (пять мужчин и одна женщина) выполняли электронно-микроскопическое изучение состояния КМЦ трансплантированного сердца. Такой анализ осуществляли в сроки 11-25 лет после трансплантации.
Материал эндомиокардиальных биопсий из правого желудочка фиксировали в забуференном растворе параформальдегида сразу после взятия, обрабатывали общепринятым способом, образцы ткани для электронно-микроскопического исследования заливали в эпоксидную смолу Аралдит. С полученных блоков готовили ультратонкие срезы толщиной 50-70 нм, монтировали на сетки или бленды, контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца, просматривали и фотографировали в электронных микроскопах JEM -100 CX и Philips SM-100.
Результаты
К десятому году после ОТС частота эпизодов иммунного отторжения и, соответственно, необходимость в усилении иммуносупрессии практически сходят на нет. В то же время возрастает риск развития онкологических заболеваний и прогрессирует специфическая васкулопатия трансплантата.
У 6 из 9 пациентов, которых мы наблюдали в сроки от 11 до 25 лет после ОТС, 1-2 раза в год с абсолютной регулярностью выполняли электронно-микроскопическое изучение биоптатов миокарда правого желудочка. В ранее опубликованных нами работах было отмечено [3, 4]:
— отсутствие выраженной клеточной реакции отторжения;
— явления прогрессирующего склероза эндокарда и субэндокарда с картиной периваскулярного фиброза;
— изменения интрамуральных микрососудов с утолщением их стенки и пролиферацией эндотели-альных клеток;
— неравномерная гипертрофия КМЦ с признаками начальной апоптической дегенерации и развернутой формой апоптоза;
— отмечено также наличие гибернирующих КМЦ с атрофией миофибриллярного аппарата.
Обсуждение
Эти данные электронно-микроскопического исследования дополнительно убедили нас в целесообразности выделения особой формы кардиомиопатии — посттрансплантационной.
В настоящей публикации эти данные мы существенно дополняем электронно-микроскопическим анализом состояния митохондриального аппарата КМЦ трансплантированного сердца в отдаленном периоде (до 25 лет) после пересадки. В литературе исследования такого плана пока еще крайне немногочисленны.
Уже в первые годы после трансплантации митохондрии КМЦ сильно отличались по форме и размерам, несмотря на типичное для этих органелл околоядерное, субсарколеммальное и межфибриллярное распределение. Типичным было наличие электронно-клеточного матрикса, на фоне которого кристы митохондрий были плохо различимы. Сами митохондрии были разобщены, что свидетельствовало о потере межмитохондриальных контактов (рис. 1).
С течением времени после пересадки сердца деструктивные изменения митохондриального аппарата прогрессировали. В КМЦ появлялись крупные вакуоли в крошковидным содержимым и отдельными мембранными остатками. Вокруг таких вакуолей обнаруживались скопления довольно мелких митохондрий с просветленным матриксом (рис. 2). Эти вакуоли, по-видимому, аутофагические и встречались они преимущественно в непосредственной близости от сарколеммы; имелись локусы соприкосновения мембраны, окружающей вакуоль, с сарколеммой КМЦ.
Наряду с этим выявлено близкое расположение к сарколемме электронно-прозрачных митохондрий с единичными кристами. Выявлен даже выход таких
Рис. 1. Ультраструктура митохондрий КМЦ пациента через 5 лет после трансплантации. Объяснения в тексте. Ув.х20000.
Рис. 2. КМЦ правого желудочка пациента через 8 лет после трансплантации. Крупная аутофагическая вакуоль контактирует с сарколеммой. Ув.х14000.
Рис. 4. Скопление мелких митохондрий в КМЦ пациента через 12 лет после трансплантации. Объяснения в тексте. Ув.х18000.
Рис. 3. Миокард пациентки через 14 лет после пересадки сердца. Экзоцитоз деструктивных митохондрий (отмечено стрелками). Ув.х16000.
Рис. 5. Субсарколеммальное накопление мелких округлых митохондрий в КМЦ. 14 лет после пересадки сердца. Ув.х22000.
деструктивно измененных митохондрий за пределы КМЦ (рис. 3). Картина такого экзоцитоза часто и повторно была отмечена в биоптатах пациентки, пережившей к сентябрю 2015г 25 лет после ОТС.
К десятому году после пересадки типичным было появление в КМЦ правого желудочка трансплантата (наряду с деструктивно измененными митохондриями и беспорядочно разнонаправленными миофибриллами) так называемых предсерд-ных гранул.
Ближе к 15-20 годам после трансплантации сердца отмечена отчетливая тенденция к накоплению довольно мелких митохондрий в околоядерной зоне КМЦ: здесь можно было видеть как практически неизмененные органеллы, так и митохондрии со светлым матриксом, лишенные или имеющие значительную редукцию крист; встречались и "юные" митохондрии. Важно отметить, что в этих скоплениях
митохондрий присутствовали вакуоли, окруженные двойной мембраной, и размеры этих вакуолей соответствовали размерам окружающих митохондрий. По нашему мнению, эти вакуоли являлись ничем иным, как митохондриями, полностью лишенными крист (рис. 4).
Наряду с накоплением мелких митохондрий в околоядерной зоне КМЦ, огромные скопления митохондрий со временем (в течение второго десятилетия после трансплантации) стали появляться на периферии клеток под сарколеммой. Эти субсар-колеммные митохондрии также были мелкими, имели округлую форму и просветленный матрикс и плотно прилегали друг к другу, не имея при этом межмитохондриальных контактов (рис. 5).
В ряде КМЦ можно было видеть набухшие митохондрии с редуцированными кристами и инфильтрированные липидами. Первичные и вторичные лизо-
сомы практически отсутствовали, а гранулы липофусцина иногда определялись в околоядерной зоне клетки.
Ранее, при выполнении подобного исследования миокарда пациентов с диагнозом кардиомиопатия, находящихся в стадии выраженной сердечной недостаточности, было показано увеличение в КМЦ количества мелких деструктивно измененных митохондрий. При этом было отмечено, что собственно сократительные элементы КМЦ — миофибриллы — истончаются и оттесняются на периферию клетки. Этому феномену мы дали условное название "несостоятельная гипертрофия" [7]. В настоящем исследовании, когда материалом для изучения служит миокард донора через 10-20 лет после пересадки в организм реципиента, выявлена аналогичная закономерность в состоянии митохондрий: по мере увеличения времени после трансплантации митохондрии прогрессивно уменьшаются в размерах и накапливаются в таком деструктивном виде внутри КМЦ. Принято считать, что мелкие митохондрии также энергетически менее состоятельны, чем удлиненные [8].
Сегодня известно, что повреждающие воздействия на миокард способны вызывать изменения генома митохондрий, приводить к их избыточной пролиферации и снижению энергетического потенциала сократительного КМЦ, способствуя развитию внутриклеточного оксидативного стресса и апоптоза [9-12]. Кроме того, обнаруженное скопление избыточного количества деструктивных митохондрий
Литература
1. Stehlic J, Edwards LB, Kucheryavaya AV, et al. The registry of the International Society For Heart and Lung Transplantation: Twenty eight Adult Heart Transplantation Report 2011. J. Heart Lung Transplant. 2011; 30: 1078-94.
2. Melnichuk S, Shekar P, Couper G, et al. Heart transplants and modern immunosuppression. In: Dzemeshkevich SL, Stephenson LW. Myocardial dysfunction and heart surgery. Moscow: Geotar-Media; 2009. pp. 214-36. Russian (Мельничук С.М, Шекар П. С., Купер Г. С.и др.) III. Пересадка сердца и современная иммунотерапия. В кн.: Дисфункция миокарда и сердечная хирургия. Дземешкевич С. Л., Стивенсон Л. У. М.: Геотар-Медиа; 2009. сс. 214-36).
3. Dzemeshkevich SL, Tsyplenkova VG. Heart transplant and post-transplant cardiomyopathy. . In: Dzemeshkevich SL, Stephenson LW. Myocardial dysfunction and heart surgery. Moscow: Geotar-Media; 2009. pp. 236-69. Russian (Дземешкевич С. Л., Цыпленкова В. Г. Пересадка сердца и посттрансплантационная кардиомио-патия В кн. Дисфункция миокарда и сердечная хирургия. Дземешкевич С. Л., Стивенсон Л. У. М.: Геотар-Медиа; 2009. сс. 236-69).
4. Dzemeshkevich SL, Tsyplenkova VG, Frolova YV, et al. Problems of the second decade after orthotopic heart transplantation: ultrastructural organization of the microvasculature. J. Cardiology and Cardiovascular Surgery. 2012; 1: 64-6. Russian (Дземешкевич С. Л., Цыпленкова В.Г., Фролова Ю. В. и др. Проблемы второго десятилетия после орто-топической трансплантации сердца: ультраструктурная организация микроциркуля-торного русла донорского миокарда. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2012; 1: 64-6).
5. Gao SZ, Hunt SA, Schroeder JS, et al. Accelerated graft coronary artery disease. J. Thoracic Transplantation. 1995; 4: 273.
6. Dzemeshkevich S, Ragimov A, Mikchaylov Y, et al. Plasmapheresis in the treatment of posttransplant cardiomyopathy. Artif.Organs. 1998; 22, (3): 197-202.
на периферии КМЦ и появление там крупных ауто-фагических вакуолей без достаточного по интенсивности выхода за клетку, свидетельствует о недостаточном экзоцитозе [13]. Это означает, что с течением времени в КМЦ трансплантированного сердца начинают преобладать катаболические процессы. При этом ни первичных, ни вторичных лизосом в таких клетках мы не обнаруживали.
Заключение
Изменения митохондриального аппарата в КМЦ трансплантированных сердец в отдаленные (11-25 лет) сроки после операции протекают по типу накопления мелких деструктивно измененных органелл. Это приводит к энергетическому дефициту КМЦ, снижению аутофагических процессов и накоплению внутри клеток биологического "мусора". Появление экзоцитоза выявлено, но его интенсивность снижена. Выявление подобных изменений энергетического аппарата КМЦ у пациентов с дилатационной кардиомиопатией и тяжелой сердечной недостаточностью не противоречит нашей концепции о развитии посттрансплантационной кардиомиопатии в пересаженном сердце, начиная со второй декады после операции.
Выявленные данные могут быть использованы при разработке протоколов пролонгации функции пересаженных органов путем нормализации энергетического обмена и стимуляции системы, ответственной за эффективность катаболической активности клетки.
7. Tsyplenkova VG. Histological and ultrastructural characteristics of the myocardium in heart failure. J. Cardiology. 2013; 9: 58-62. Russian (Цыпленкова В. Г Гистологические и ультраструктурные характеристики миокарда при сердечной недостаточности. Кардиология. 2013; 9: 58-62).
8. Ong SB, Hausenloy DJ. Mitochondrial morphology and cardiovascular disease. Cardiovasc. Res. 2010; 88: 16-29.
9. Zhelankin AV, Sazonovа MA. Association of mutations of the mitochondrial genome of a person with a chronic disease noninflammatory genesis: type 2 diabetes, hypertension and various cardiomyopathies. Pat. physiology. 2012; 3: 123-8. Russian (Желанкин А. В., Сазонова М. А. Ассоциация мутаций митохондриального генома человека с хроническими заболеваниями невоспалительного генеза: сахарным диабетом 2-го типа, артериальной гипертонией и различными видами кардиомиопатии. Патологическая физиология и экспериментальная терапия 2012; 3: 123-8).
10. Ivanova MM, Borodachev EN, Sazonovа MA. Human diseases associated with mutations in the mitochondrial genome. Pat. physiology. 2012; 3: 115-22. Russian (Иванова М. М., Бородачев Е. Н., Сазонова М. А. Заболевания человека, ассоциированные с мутациями митохондриального генома Патологическая физиология и экспериментальная терапия 2012; 3: 115-22).
11. Skulachev VP. The phenomena of programmed death. The mitochondria, cells and organs: the role of reactive oxygen species. Soros Educational Journal. 2001; 7 (6): 1-10. Russian (Скулачёв В. П. Явления запрограммированной смерти. Митохондрии, клетки и органы: роль активных форм кислорода. Соросовский образовательный журнал. 2001; 7 (6): 1-10).
12. Tsutsui H, Kinugawa S, Matsushima S. Mitochondrial oxidative stress and dysfunction in myocardial remodeling. Cardiovasc.Res. 2009; 81 (3): 449-56.
13. Terman A. Catabolic insufficiency and aging. Ann NY Acad. Sci., 2006; 1067: 227-36.
