Архитектура левого желудочка как первопричина насосной и сократительной функции левого желудочка в норме и при развитии сердечной недостаточности

Аверина И.И.; Бокерия О.Л.; Бокерия Л.А.

Архитектура левого желудочка как первопричина насосной и сократительной функции левого желудочка в норме и при развитии сердечной недостаточности

Авторы: Аверина И.И., Бокерия О.Л., Бокерия Л.А.

Организация: ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева» (президент – академик РАН и РАМН Л.А. Бокерия) Минздрава России, Рублевское ш., 135, Москва, 121552, Российская Федерация

Email: Чтобы получить доступ к Email, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь.

Тип статьи: Обзоры

УДК: 616.124.2
DOI: https://doi.org/10.24022/1810-0694-2020-21-6-619-628

Библиографическая ссылка: Сердечно-сосудистые заболевания. Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН. 2020; 21 (6): 619-628

Цитировать как: Аверина И.И., Бокерия О.Л., Бокерия Л.А.. Архитектура левого желудочка как первопричина насосной и сократительной функции левого желудочка в норме и при развитии сердечной недостаточности. Сердечно-сосудистые заболевания. Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН. 2020; 21 (6): 619-628. DOI: 10.24022/1810-0694-2020-21-6-619-628

Поступила / Принята к печати: 24.04.2020 / 27.04.2020

Ключевые слова: фракция выброса, геометрия левого желудочка, экстрацеллюлярный матрикс, архитектура миокарда, ремоделирование, торсион

Скачать (Download)

Аннотация

Само по себе ограничение утолщения и укорочения миокардиального волокна не может полностью объяснить снижение объема левого желудочка (ЛЖ) во время периода изгнания. Эффективное сокращение достигается спиральной ориентацией миокардиальных волокон, которая зависит от состояния и направления несокращающихся компонентов: интраи экстрасаркомерного цитоскелета, экстрацеллюлярного матрикса. Сохранение фракции выброса (ФВ) при сердечной недостаточности (СН) происходит из-за наличия нормальной эллипсоидной конфигурации ЛЖ и спиральной ориентации волокон миокарда. В то же время уменьшение ФВ в результате сферификации ЛЖ связано с нарушенной ориентацией волокон миокарда, увеличением угла между волокнами более 60° за счет ремоделирования экстрацеллюлярной сети. Этот механизм объясняется тем фактом, что биомаркеры воспаления и фиброза, влияющие на экстрацеллюлярный матрикс, являются мощными предикторами негативного ремоделирования со снижением ФВ и формированием сердечной недостаточности с низкой ФВ (СНнФВ), а стратегии медикаментозной терапии при СНнФВ, задерживающие или ингибирующие реконструкцию внеклеточного матрикса, признаны действенными, тогда как препараты, увеличивающие миокардиальную сократимость, неэффективны. Таким образом, в будущем терапия при СН должна обеспечивать не только восстановление сокращающегося миокарда, но и сохранение структуры несокращающихся компонентов матрикса ЛЖ.

Литература

Cikes M., Solomon S.D. Beyond ejection fraction: an integrative approach for assessment of cardiac structure and function in heart failure. Eur. Heart J. 2016; 37: 1642–50. DOI: 10.1093/eurheartj/ehv510
Ponikowski P., Voors A.A., Anker S.D., Bueno H., Cleland J.G., Coats A.J. et al. 2016 ESC guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure: The task force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure of the European Society of Cardiology (ESC). Eur. J. Heart Fail. 2016; 18: 891–975. DOI: 10.1093/eurheartj/ehw128
Sonnenblick E.H. Determinants of active state in heart muscle: force, velocity, instantaneous muscle length, time. Fed. Proc. 1965; 24: 1396–409.
Sallin E.A. Fiber orientation and ejection fraction in the human left ventricle. Biophys. J. 1969; 9: 954–64. DOI: 10.1016/S0006-3495(69)86429-5
ngels N.B. Jr. Myocardial fiber architecture and left ventricular function. Technol. Health Care. 1997; 5: 45–52. DOI: 10.3233/THC-1997-51-205
Streeter D.D. Jr, Spotnitz H.M., Patel D.P., Ross J. Jr, Sonnenblick E.H. Fiber orientation in the canine left ventricle during diastole and systole. Circ. Res. 1969; 24: 339–47. DOI: 10.1161/01.res.24.3.339
Greenbaum R.A., Ho S.Y., Gibson D.G., Becker A.E., Anderson R.H. Left ventricular fibre architecture in man. Br. Heart J. 1981; 45: 248–63. DOI: 10.1136/hrt.45.3.248
Anderson R.H., Ho S.Y., Redmann K., SanchezQuintana D., Lunkenheimer P.P. The anatomical arrangement of the myocardial cells making up the ventricular mass. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2005; 28: 517–25. DOI: 10.1016/j.ejcts.2005.06.043
Sengupta P.P., Tajik A.J., Chandrasekaran K., Khandheria B.K. Twist mechanics of the left ventricle: principles and application. JACC Cardiovasc. Imaging. 2008; 1: 366–76. DOI: 10.1016/j.jcmg.2008.02.006
Rademakers F.E., Rogers W.J., Guier W.H., Hutchins G.M., Siu C.O., Weisfeldt M.L et al. Relation of regional cross-fiber shortening to wall thickening in the intact heart. Three-dimensional strain analysis by NMR tagging. Circulation. 1994; 89: 1174–82. DOI: 10.1161/01.CIR.89.3.1174
MacGowan G.A., Shapiro E.P., Azhari H., Siu C.O., Hees P.S., Hutchins G.M. et al. Noninvasive measurement of shortening in the fiber and cross-fiber directions in the normal human left ventricle and in idiopathic dilated cardiomyopathy. Circulation. 1997; 96: 535–41. DOI: 10.1161/01.CIR.96.2.535
Waldman L.K., Nosan D., Villarreal F., Covell J.W. Relation between transmural deformation and local myofiber direction in canine left ventricle. Circ. Res. 1988; 63: 550–62. DOI: 10.1161/01.RES.63.3.550
MacGowan G.A., Parikh J.D., Hollingsworth K.G. Diffusion tensor magnetic resonance imaging of the heart: looking into the layers of the myocardium. J. Am. Coll. Cardiol. 2017; 69: 677–8. DOI: 10.1016/j.jacc.2016.10.080
LeGrice I.J., Takayama Y., Covell J.W. Transverse shear along myocardial cleavage planes provides a mechanism for normal systolic wall thickening. Circ. Res. 1995; 77: 182–93. DOI: 10.1161/01.RES.77.1.182
Cheng A., Nguyen T.C., Malinowski M., Daughters G.T., Miller D.C., Ingels N.B. Jr. Heterogeneity of left ventricular wall thickening mechanisms. Circulation. 2008; 118: 713–21. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.744623
Torrent-Guasp F., Ballester M., Buckberg G.D., Carreras F., Flotats A., Carrio I. et al. Spatial orientation of the ventricular muscle band: physiologic contribution and surgical implications. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2001; 122: 389–92. DOI: 10.1067/mtc.2001.113745
Lunkenheimer P.P., Niederer P., Sanchez-Quintana D., Murillo M., Smerup M. Models of ventricular structure and function reviewed for clinical cardiologists. J. Cardiovasc. Transl. Res. 2013; 6: 176–86. DOI: 10.1007/s12265-012-9440-1
Nesser H.J., Mor-Avi V., Gorissen W., Weinert L., Steringer-Mascherbauer R., Niel J. et al. Quantification of left ventricular volumes using three-dimensional echocardiographic speckle tracking: comparison with MRI. Eur. Heart J. 2009; 30: 1565–73. DOI: 10.1093/eurheartj/ehp187
Omar A.M., Bansal M., Sengupta P.P. Advances in echocardiographic imaging in heart failure with reduced and preserved ejection fraction. Circ. Res. 2016; 119: 357–74. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.116.309128
Jeung M.Y., Germain P., Croisille P., Elghannudi S., Roy C., Gangi A. Myocardial tagging with MR imaging: overview of normal and pathologic findings. Radiographics. 2012; 32: 1381–98. DOI: 10.1148/rg.325115098
Maciver D.H. The relative impact of circumferential and longitudinal shortening on left ventricular ejection fraction and stroke volume. Exp. Clin. Cardiol. 2012; 17: 5–11.
Linke W.A., Hamdani N. Gigantic business: titin properties and function through thick and thin. Circ. Res. 2014; 114: 1052–68. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.114.301286
Gerull B. The rapidly evolving role of titin in cardiac physiology and cardiomyopathy. Can. J. Cardiol. 2015; 31: 1351–9. DOI: 10.1016/j.cjca.2015.08.016
Lange S., Ehler E., Gautel M. From A to Z and back? Multicompartment proteins in the sarcomere. Trends Cell. Biol. 2006; 16: 11–8. DOI: 10.1016/j.tcb.2005.11.007
Kostin S., Hein S., Arnon E., Scholz D., Schaper J. The cytoskeleton and related proteins in the human failing heart. Heart Fail. Rev. 2000; 5: 271–80. DOI: 10.1023/A:1009813621103
Fletcher D.A., Mullins R.D. Cell mechanics and the cytoskeleton. Nature. 2010; 463: 485–92. DOI: 10.1038/nature08908
Kuznetsov A.V., Javadov S., Guzun R., Grimm M., Saks V. Cytoskeleton and regulation of mitochondrial function: the role of beta-tubulin II. Front. Physiol. 2013; 4: 82. DOI: 10.3389/fphys.2013.00082627
Takawale A., Sakamuri S.S., Kassiri Z. Extracellular matrix communication and turnover in cardiac physiology and pathology. Compr. Physiol. 2015; 5: 687–719. DOI: 10.1002/cphy.c140045
Rienks M., Papageorgiou A.P., Frangogiannis N.G., Heymans S. Myocardial extracellular matrix: an everchanging and diverse entity. Circ. Res. 2014; 114: 872–88. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.114.302533
Kraigher-Krainer E., Shah A.M., Gupta D.K., Santos A., Claggett B., Pieske B. et al. PARAMOUNT Investigators. Impaired systolic function by strain imaging in heart failure with preserved ejection fraction. J. Am. Coll. Cardiol. 2014; 63: 447–56. DOI: 10.1016/j.jacc.2013.09.052
Park S.J., Miyazaki C., Bruce C.J., Ommen S., Miller F.A., Oh J.K. Left ventricular torsion by twodimensional speckle tracking echocardiography in patients with diastolic dysfunction and normal ejection fraction. J. Am. Soc. Echocardiogr. 2008; 21: 1129–37. DOI: 10.1016/j.echo.2008.04.002
Wang J., Khoury D.S., Yue Y., Torre-Amione G., Nagueh S.F. Preserved left ventricular twist and circumferential deformation, but depressed longitudinal and radial deformation in patients with diastolic heart failure. Eur. Heart J. 2008; 29: 1283–9. DOI: 10.1093/eurheartj/ehn141
Chang S.N., Lai Y.H., Yen C.H., Tsai C.T., Lin J.W., Bulwer B.E. et al. Cardiac mechanics and ventricular twist by three-dimensional strain analysis in relation to B-type natriuretic peptide as a clinical prognosticator for heart failure patients. PLoS One. 2014; 9: e115260. DOI: 10.1371/journal.pone.0115260
Yip G.W., Zhang Q., Xie J.M., Liang Y.J., Liu Y.M., Yan B. et al. Resting global and regional left ventricular contractility in patients with heart failure and normal ejection fraction: insights from speckle-tracking echocardiography. Heart. 2011; 97: 287–94. DOI: 10.1136/hrt.2010.205815
Pearlman E.S., Weber K.T., Janicki J.S. Quantitative histology of the hypertrophied human heart. Fed. Proc. 1981; 40: 2042–7.
Donal E., Lund L.H., Oger E., Hage C., Persson H., Reynaud A. et al.; KaRen Investigators. New echocardiographic predictors of clinical outcome in patients presenting with heart failure and a preserved left ventricular ejection fraction: a subanalysis of the Ka (Karolinska) Ren (Rennes) Study. Eur. J. Heart Fail. 2015; 17: 680–8. DOI: 10.1002/ejhf.291
Bull M., Methawasin M., Strom J., Nair P., Hutchinson K., Granzier H. Alternative splicing of titin restores diastolic function in an HFpEF-like genetic murine model (Ttn_IAjxn). Circ. Res. 2016; 119: 764–72. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.116.308904
Ikonomidis I., Tzortzis S., Triantafyllidi H., Parissis J., Papadopoulos C., Venetsanou K. et al. Association of impaired left ventricular twisting-untwisting with vascular dysfunction, neurohumoral activation and impaired exercise capacity in hypertensive heart disease. Eur. J. Heart Fail. 2015; 17: 1240–51. DOI: 10.1002/ejhf.403
Duca F., Kammerlander A.A., Zotter-Tufaro C., Aschauer S., Schwaiger M.L., Marzluf B.A. et al. Interstitial fibrosis, functional status, and outcomes in heart failure with preserved ejection fraction: insights from a prospective cardiac magnetic resonance imaging study. Circ. Cardiovasc. Imaging. 2016; 9: e005277. DOI: 10.1161/CIRCIMAGING.116.005277
De Simone G., Devereux R.B. Rationale of echocardiographic assessment of left ventricular wall stress and midwall mechanics in hypertensive heart disease. Eur. J. Echocardiogr. 2002; 3: 192–8. DOI: 10.1053/euje.3.3.192
Dunlay S.M., Roger V.L., Weston S.A., Jiang R., Redfield M.M. Longitudinal changes in ejection fraction in heart failure patients with preserved and reduced ejection fraction. Circ. Heart Fail. 2012; 5: 720–6. DOI: 10.1161/CIRCHEARTFAILURE.111.966366
Katz A.M., Rolett E.L. Heart failure: when form fails to follow function. Eur. Heart J. 2016; 37: 449–54. DOI: 10.1093/eurheartj/ehv548
Konstam M.A., Kramer D.G., Patel A.R., Maron M.S., Udelson J.E. Left ventricular remodeling in heart failure: current concepts in clinical significance and assessment. JACC Cardiovasc. Imaging. 2011; 4: 98–108. DOI: 10.1016/j.jcmg.2010.10.008
Shah A.M., Mann D.L. In search of new therapeutic targets and strategies for heart failure: recent advances in basic science. Lancet. 2011; 378: 704–12. DOI: 10.1016/S0140-6736(11)60894-5
Ho S.Y. Anatomy and myoarchitecture of the left ventricular wall in normal and in disease. Eur. J. Echocardiogr. 2009; 10: iii3–iii7. DOI: 10.1093/ejechocard/jep159
Opie L.H., Commerford P.J., Gersh B.J., Pfeffer M.A. Controversies in ventricular remodelling. Lancet. 2006; 367: 356–67. DOI: 10.1016/S0140-6736(06)68074-4
Kanzaki H., Nakatani S., Yamada N., Urayama S., Miyatake K., Kitakaze M. Impaired systolic torsion in dilated cardiomyopathy: reversal of apical rotation at mid-systole characterized with magnetic resonance tagging method. Basic Res. Cardiol. 2006; 101: 465–70. DOI: 10.1007/s00395-006-0603-6
Pacileo G., Baldini L., Limongelli G., Di Salvo G., Iacomino M., Capogrosso C. et al. Prolonged left ventricular twist in cardiomyopathies: a potential link between systolic and diastolic dysfunction. Eur. J. Echocardiogr. 2011; 12: 841–9. DOI: 10.1093/ejechocard/jer148
Trumble D.R., McGregor W.E., Kerckhoffs R.C., Waldman L.K. Cardiac assist with a twist: apical torsion as a means to improve failing heart function. J. Biomech. Eng. 2011; 133: 101003. DOI: 10.1115/1.4005169
Marchal P., Lairez O., Cognet T., Chabbert V., Barrier P., Berry M. et al. Relationship between left ventricular sphericity and trabeculation indexes in patients with dilated cardiomyopathy: a cardiac magnetic resonance study. Eur. Heart J. Cardiovasc. Imaging. 2013; 14: 914–20. DOI: 10.1093/ehjci/jet064
Van Dalen B.M., Kauer F., Vletter W.B., Soliman O.I., van der Zwaan H.B., Ten Cate F.J. et al. Influence of cardiac shape on left ventricular twist. J. Appl. Physiol. 1985: 2010; 108: 146–51. DOI: 10.1152/japplphysiol.00419. 2009
Von Deuster C., Sammut E., Asner L., Nordsletten D., Lamata P., Stoeck C.T. et al. Studying dynamic myofiber aggregate reorientation in dilated cardiomyopathy using in vivo magnetic resonance diffusion tensor imaging. Circ. Cardiovasc. Imaging. 2016; 9: e005018. DOI: 10.1161/CIRCIMAGING.116.005018
Nielles-Vallespin S., Khalique Z., Ferreira P.F., de Silva R., Scott A.D., Kilner P. et al. Assessment of myocardial microstructural dynamics by in vivo diffusion tensor cardiac magnetic resonance. J. Am. Coll. Cardiol. 2017; 69: 661–76. DOI: 10.1016/j.jacc.2016.11.051
Houser S.R., Margulies K.B. Is depressed myocyte contractility centrally involved in heart failure? Circ. Res. 2003; 92: 350–8. DOI: 10.1161/01.RES.0000060027.40275.A6
Motiwala S.R., Gaggin H.K. Biomarkers to predict reverse remodeling and myocardial recovery in heart failure. Curr. Heart Fail. Rep. 2016; 13: 207–18. DOI: 10.1007/s11897-016-0303-y
Sanada S., Hakuno D., Higgins L.J., Schreiter E.R., McKenzie A.N., Lee R.T. IL-33 and ST2 comprise a critical biomechanically induced and cardioprotective signaling system. J. Clin. Invest. 2007; 117: 1538–49. DOI: 10.1172/JCI30634
Lupon J., Gaggin H.K., de Antonio M., Domingo M., Galan A., Zamora E. et al. Biomarker assist score for reverse remodeling prediction in heart failure: the ST2-R2 score. Int. J. Cardiol. 2015; 184: 337–43. DOI: 10.1016/j.ijcard.2015.02.019
Lupon J., Sanders-van Wijk S., Januzzi J.L., de Antonio M., Gaggin H.K., Pfisterer M. et al. Prediction of survival and magnitude of reverse remodeling using the ST2-R2 score in heart failure: a multicenter study. Int. J. Cardiol. 2016; 204: 242–7. DOI: 10.1016/j.ijcard.2015.11.163
Gyongyosi M., Winkler J., Ramos I., Do Q.T., Firat H., McDonald K. et al. Myocardial fibrosis: biomedical research from bench to bedside. Eur. J. Heart Fail. 2017; 19: 177–91. DOI: 10.1002/ejhf.696
Wang J., Gong X., Chen H., Qin S., Zhou N., Su Y., Ge J. Effect of cardiac resynchronization therapy on myocardial fibrosis and relevant cytokines in a canine model with experimental heart failure. J. Cardiovasc. Electrophysiol. 2017; 28: 438–45. DOI: 10.1111/jce.13171
Velazquez E.J., Lee K.L., Jones R.H., Al-Khalidi H.R., Hill J.A., Panza J.A. et al.; STICHES Investigators. Coronary-artery bypass surgery in patients with ischemic cardiomyopathy. N. Engl. J. Med. 2016; 374: 1511–20. DOI: 10.1056/NEJMoa1602001
Bonow R.O., Maurer G., Lee K.L., Holly T.A., Binkley P.F., Desvigne-Nickens P. et al.; and STICH Trial Investigators. Myocardial viability and survival in ischemic left ventricular dysfunction. N. Engl. J. Med. 2011; 364: 1617–25. DOI: 10.1056/NEJMoa1100358
Page B.J., Banas M.D., Suzuki G., Weil B.R., Young R.F., Fallavollita J.A. et al. Revascularization of chronic hibernating myocardium stimulates myocyte proliferation and partially reverses chronic adaptations to ischemia. J. Am. Coll. Cardiol. 2015; 65: 684–97. DOI: 10.1016/j.jacc.2014.11.040
Deng M.C., Edwards L.B., Hertz M.I., Rowe A.W., Keck B.M., Kormos R. et al. Mechanical circulatory support device database of the International Society for Heart and Lung Transplantation: second annual report – 2004. J. Heart Lung Transplant. 2004; 23: 1027–34. DOI: 10.1016/j.healun.2004.08.001
Lok S.I., Nous F.M., van Kuik J., van der Weide P., Winkens B., Kemperman H. et al. Myocardial fibrosis and pro-fibrotic markers in end-stage heart failure patients during continuous-flow left ventricular assist device support. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2015; 48: 407–15. DOI: 10.1093/ejcts/ezu539
Ferrari R., Bohm M., Cleland J.G., Paulus W.J., Pieske B., Rapezzi C., Tavazzi L. Heart failure with preserved ejection fraction: uncertainties and dilemmas. Eur. J. Heart Fail. 2015; 17: 665–71. DOI: 10.1002/ejhf.304
Van Riet E.E., Hoes A.W., Wagenaar K.P., Limburg A., Landman M.A., Rutten F.H. Epidemiology of heart failure: the prevalence of heart failure and ventricular dysfunction in older adults over time. A systematic review. Eur. J. Heart Fail. 2016; 18: 242–52. DOI: 10.1002/ejhf.483
Borlaug B.A., Redfield M.M. Diastolic and systolic heart failure are distinct phenotypes within the heart failure spectrum. Circulation. 2011; 123: 2006–13; disc. 2014. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.110.954388
De Keulenaer G.W., Brutsaert D.L. Systolic and diastolic heart failure are overlapping phenotypes within the heart failure spectrum. Circulation. 2011; 123: 1996–2004. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.110.981431

Об авторах

Аверина Ирина Ивановна, доктор мед. наук, ст. науч. сотр., кардиолог, ORCID
Бокерия Ольга Леонидовна, доктор мед. наук, профессор, чл.-корр. РАН, ORCID
Бокерия Лео Антонович, академик РАН и РАМН, президент Центра, ORCID

Электронная подписка

Для получения доступа к тексту статей журнала воспользуйтесь услугой «Электронная подписка»:

Оформить подписку

Главный редактор

Елена Зеликовна Голухова, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, директор

Архитектура левого желудочка как первопричина насосной и сократительной функции левого желудочка в норме и при развитии сердечной недостаточности

Электронная подписка

Главный редактор

Сортировать по