Роль нарушений клеточной энергетики в развитии заболеваний сердца и возможности их метаболической терапии
Статьи
Опубликовано в журнале:
«Практика педиатра», февраль 2011, с. 32-36
И.В. Леонтьева, руководитель отделения патологии сердечно-сосудистой системы Московского НИИ педиатрии и детской хирургии Минздравсоцразвития России, профессор, д-р мед. наук
В настоящее время в структуре сердечно-сосудистых заболеваний у детей увеличивается удельный вес неспецифических поражений миокарда метаболического характера, в патогенезе которых большое значение имеют нарушения энергетических процессов.
Высокая частота метаболических изменений при заболеваниях сердца объясняется особенностями обмена веществ в кардиомиоцитах и характеризуется преобладанием аэробного метаболизма, высокой скоростью энергетических процессов в миокарде, минимальным запасом макроэргических соединений, а также адренергическим контролем процессов энергообразования.
Метаболические заболевания миокарда можно классифицировать на две большие группы: кардиомиопатии (КМП) и миокардиодистрофии.
Миокардиодистрофия
Миокардиодистрофия – заболевание сердца, в основе которого лежит нарушение метаболизма в миокарде, приводящее к дистрофическим изменениям в кардиомиоцитах и проводящей системе сердца, что может привести к снижению сократительной функции сердца. Принципиальным отличием миокардиодистрофии от метаболических КМП является отсутствие грубой структурной перестройки миокарда на макроуровне. При этом метаболические изменения проявляются на ультраструктурном уровне (клеточном и субклеточном).
Согласно современным представлениям миокардиодистрофия является мультифакторным патологическим процессом, возникающим под влиянием интоксикаций, перегрузок, трофических изменений, обусловленных нарушением нервной регуляции, дисгормональных состояний. В раннем возрасте в развитии миокардиодистрофии особенно велика роль нарушений питания, ОРЗ, рахита, анемии и др. Гипокинезия современных школьников в сочетании с большими эмоциональными нагрузками ведет к частому возникновению синдрома вегетативной дисфункции. Вегетативный дисбаланс, характеризующийся гиперактивацией симпатикоадреналовой системы, приводит к повышенным энергозатратам кардиомиоцитов, вызывает нарушения микроциркуляции и электролитного обмена, способствует развитию выраженных дистрофических изменений в миокарде.
Особую форму повреждений миокарда у школьников представляет дистрофия вследствие физического перенапряжения. Известны варианты дистрофии миокарда, возникающие у спортсменов, которые продолжали выполнять упражнения в период заболеваний или в фазе реконвалесценции.
Диагностика
Основным критерием диагностики дистрофических изменений в миокарде являются нарушения процессов реполяризации на ЭКГ в виде сглаженного или отрицательного зубца Т и/или депрессии сегмента ST. Изменения процессов реполяризации могут быть как распространенными (регистрируются более чем в 3-х отведениях), так и локальными. Начальные стадии миокардиодистрофии протекают, как правило, бессимптомно, а нарушения на ЭКГ выявляются случайно при диспансеризации ребенка. Дети с миокардиодистрофией на фоне синдрома вегетативной дисфункции предъявляют жалобы на повышенную утомляемость, плохую переносимость физических нагрузок, кардиалгии. Для диагностики адренозависимых и/или калийзависимых нарушений процесса реполяризации следует использовать лекарственные пробы с калием и/или с обзиданом. Положительный результат калий обзидановой пробы (улучшение процессов реполяризации в виде появления положительных или увеличения амплитуды зубцов Т в тех отведениях, где на ЭКГ покоя были выявлены их снижение и инверсия) регистрируется у 60% детей с миокардиодистрофией и свидетельствует об адренозависимом характере ST-T-нарушений. Отрицательный вариант калий обзидановой пробы, отражающий более выраженные метаболические нарушения в сердечной мышце, регистрируется в 40% случаев у детей с миокардиодистрофией.
Существенную помощь в диагностике миокардиодистрофии оказывают данные суточного мониторирования ЭКГ. Нарушения процессов реполяризации при миокардиодистрофии чаще являются транзиторными (60%), реже регистрируются на протяжении всего времени исследования. На фоне физической нагрузки отмечается ухудшение процессов реполяризации в виде углубления отрицательного зубца Т, что часто сопровождается кратковременной депрессией сегмента ST. Данные анализа вариабельности сердечного ритма при суточном мониторировании ЭКГ позволяют выявить у трети детей с миокардиодистрофией усиление симпатических влияний на ритм сердца в виде снижения показате лей функции разброса, повышения функции концентрации сердечного ритма, что сочетается со снижением парасимпатических влияний.
Эхокардиография является обязательным методом диагностики миокардиодистрофии. Она позволяет провести дифференциальную диагностику для исключения органической патологии сердца и выявить начальные признаки ремоделирования сердечной мышцы. Эхокардиометрические и эхокинетические показатели у детей с миокардиодистрофией в большинстве случаев сохраняются в пределах нормативных значений. Вместе с тем у части детей (10%) определяются признаки процесса ремоделирования сердечной мышцы, отмечается тенденция к снижению глобальной сократительной способности миокарда. У половины детей с миокардиодистрофией выявляются малые аномалии развития сердца.
Проба с дозированной физической нагрузкой позволяет оценить динамику процесса реполяризации, адаптацию гемодинамических параметров к физической нагрузке, определить уровень физических нагрузок у детей с миокардиодистрофией.
Результаты наших исследований позволили выделить три стадии течения миокардиодистрофии у детей. Стадия компенсации характеризуется лабильными адренозависимыми нарушениями процессов реполяризации, отсутствием нарушений адаптации гемодинамики к дозированной физической нагрузке. Стадия декомпенсации характеризуется стабильными, диффузными нарушениями процессов реполяризации, дезадаптивным вариантом адаптации гемодинамики к дозированной физической нагрузке, признаками ремоделирования сердечной мышцы. Стадия субкомпенсации занимает промежуточное положение.
Патология энергообмена, а именно нарушение клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования является основным патогенетическим механизмом возникновения миокардиодистрофии. Данные изменения могут быть генетически детерминированы или возникать вторично на фоне гипоксии и вегетативного дисбаланса. Ранняя диагностика нарушений процессов клеточной энергетики возможна на основании определения уровня молочной и пировиноградной кислот на фоне стандартного глюкозотолерантного теста. У пациентов с миокардиодистрофией отмечается высокая частота гиперлактатемии (66,7%) и гиперпируватемии (76,7%). Эти изменения отражают смещение процессов энергообразования в сторону анаэробного гликолиза, что энергетически невыгодно. Сдвиг метаболизма углеводов в анаэробную сторону чаще выявляется у детей с отрицательной реакцией на калий обзидановую пробу, со снижением толерантности и нарушениями гемодинамики при проведении пробы с дозированной физической нагрузкой.
Определение цитохимической активности митохондриальных ферментов в лимфоцитах периферической крови (сукцинатдегидрогеназы (СДГ), альфа-глицерофосфатдегидрогеназы (ГФДГ), глутаматдегидрогеназы, лактатдегидрогеназы) позволяет оценить процессы окислительного фосфорилирования (цикл Кребса), осуществляемого в митохондриях, что отражает степень дистрофических изменений и определяет прогноз течения патологии, а также необходимый объем терапии. Снижение активности СДГ и повышение активности ГФДГ является маркером декомпенсированной стадии миокардиодистрофии вследствие нарушения энергообмена.
Кардиомиопатии
Кардиомиопатии (КМП) – редкая, но крайне тяжелая патология сердца, характеризующаяся структурной перестройкой миокарда, развитием хронической сердечной недостаточности и неблагоприятным прогнозом. Существует три основных варианта КМП: дилатационная, гипертрофическая и рестриктивная. Выраженные метаболические изменения, обусловленные вторичными нарушениями митохондриальных функций, возникают при КМП вследствие развития хронической сердечной недостаточности и ишемического повреждения миокарда.
Нами установлено, что при дилатационной КМП существует сопряженность между степенью нарушений функции митохондрий и стадией заболевания. Дилатационная КМП в стадии компенсации сопровождается слабовыраженной митохондриальной дисфункцией. Стадия декомпенсации, характеризующаяся ишемическими изменениями в миокарде, хронической сердечной недостаточностью II Б степени, сочетается с выраженными нарушениями функции митохондрий гипоксического характера.
У больных с гипертрофической КМП степень митохондриальной дисфункции зависит от формы заболевания. При асимметричной обструктивной гипертрофической КМП митохондриальная дисфункция возникает в стадии декомпенсации на фоне выраженных ишемических изменений в миокарде. У больных с симметричной ГКМП часто выявляется выраженная митохондриальная дисфункция, даже при отсутствии признаков недостаточности кровообращения, что в большинстве случаев сочетается с выраженными экстракардиальными симптомами митохондриальной недостаточности.
Экспериментальными и клиническими исследованиями последних лет установлено, что при КМП существуют нарушения окислительного фосфорилирования, связанные с количественными и функциональными изменениями митохондрий вследствие мутации митохондриальной или ядерной ДНК. Это позволило выделить особую группу митохондриальных КМП. Причиной этих КМП часто является генетически детерминированный дефицит комплексов цепи дыхательных ферментов митохондрий.
Во многих исследованиях показано, что КМП сочетаются с резким снижением уровня карнитина в митохондриях. Причиной карнитиновых КМП может быть генетический дефект транспорта карнитина. Вторично дефицит карнитина возникает при нарушении функции транспортных энзимов – карнитиновых трансфераз, осуществляющих перенос карнитина к ацильным компонентам коротких, средних и длинных цепей жирных кислот, а также на фоне органических ацидемий.
Биохимическими критериями диагностики метаболических нарушений при КМП являются повышение уровня лактата (более 2,5 ммоль/л) и пирувата (более 0,2 ммоль/л), увеличение соотношения лактат/пируват (более 20), лактат ацидоз, транзиторная гипогликемия, повышение уровня органических жирных кислот, снижение уровня карнитина в плазме. Митохондриальный генез КМП верифицируется на основании снижения уровня митоходриальных ферментов в фибробластах или нейтрофилах, низкой активности комплексов цепи дыхательных ферментов митохондрий, выявления повышенного количества RRF (более 5%) в биоптатах скелетной мышцы, отложения липидов и гликогена, аномалии структуры митохондрий, нарушений активности митохондриальной цитохромоксидазы и/или сукцинатдегидрогеназы.
Энерготропная терапия
В настоящее время установлено, что митохондриальная дисфункция при миокардиодистрофии поддается терапевтической коррекции. Применяется комплексная терапия, включающая препараты, стимулирующие бетаокисление жирных кислот, активирующие перенос электронов в дыхательной цепи митохондрий (Коэнзим Q10, цитохром С), кофакторы энзимных реакций энергетического обмена. Карнитин регулирует процессы энергообразования в клетке, осуществляет транспорт длинноцепочечных жирных кислот в митохондрии с образованием большого количества АТФ. Именно за счет бета окисления жирных кислот образуются 60–80% запасов энергии в митохондриях. Следует подчеркнуть, что только L изомер карнитина обладает биологически активными свойствами.
С 2000 года российская компания «ПИК ФАРМА» выпускает лекарственный препарат на основе природного L-карнитина – Элькар® (левокарнитин) в виде 20% ного раствора для перорального применения. Новорожденным его рекомендуют давать во время кормления по 0,03–0,075 г 2 раза в день. Детям до года назначают по 0,075 г 3 раза в день, детям от года до 6 лет – в дозе 70 мг/кг в сутки, старше 6 лет – в суточной дозе 50 мг/кг, подросткам – 40 мг/кг в сутки. Для лечения миокардиодистрофии и КМП рекомендуется назначение препарата Элькар в дозе 50–75 мг/кг в сутки, максимальная доза – 2 г в сутки. При лечении карнитиновых кардиомиопатий на фоне первичной или вторичной карнитиновой недостаточности (дефицит ацил КоАдегидрогеназ жирных кислот, органические ацидурии, транспортные дефекты переноса карнитина) доза карнитина увеличивается до 100 мг/кг в сутки. Максимальная доза – до 3 г в сутки.
Показана эффективность комплексной кардиотрофической терапии, включающей L-карнитин (50–75 мг/кг/ в сутки) в сочетании с кофакторами энергетического обмена (липоевая кислота, кальция пантотенат, кальция пангомат, витамины В1 и В6) у детей с миокардиодистрофией. На фоне проводимой терапии отмечается увеличение толерантности к физической нагрузке, улучшение процессов реполяризации, устранение гиперлактатемии и гиперпируватемии, нормализация размеров полости левого желудочка и сократимости миокарда.
Своевременная терапия L-карнитином кардиомиопатий, возникающих на фоне первичного или вторичного дефицита карнитина, предотвращает развитие сердечной недостаточности, позволяет избежать неблагоприятного течения заболевания. На фоне лечения заболевания высокими дозами L-карнитина (Элькара) возможно полное исчезновение симптоматики. Применение L-карнитина показано не только при лечении митохондриальных КМП, но и при лечении идиопатических КМП, при которых нарушения клеточной энергетики носят вторичный характер, обусловленный развитием сердечной декомпенсации. Следует подчеркнуть, что при идиопатических КМП гораздо реже встречается дефицит карнитина в плазме. Несмотря на это применение препарата Элькар (L-карнитин) в составе комбинированной терапии сердечной недостаточности оказывает положительное влияние на показатели функционального состояния миокарда.
