Основные аспекты биохимии, физиологии сердечных тропонинов
Основные сведения о биохимии и физиологии сердечных тропонинов. Анализ их места и роль в регуляции сократительной функции сердечной мышцы. Определение концентрации сердечных тропонинов в крови при диагностике некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.
Рубрика | Медицина |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 31.08.2020 |
Размер файла | 226,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Основные аспекты биохимии, физиологии сердечных тропонинов
Чаулин А.М.
Григорьева Ю.В.
В данной обзорной статье кратко обсуждаются основные сведения о биохимии и физиологии сердечных тропонинов. Сердечные тропонины (тропонин I, T и C) играют важную роль в регуляции сократительной функции сердечной мышцы. Мутации в сердечных тропонинах связаны с развитием различных видов кардиомиопатий, которые ведут к сердечной недостаточности и гибели. Определение концентрации сердечных тропонинов в крови используется при диагностике некоторых сердечно-сосудистых заболеваний, включая острый инфаркт миокарда, миокардиты, сердечную недостаточность. В этом обзоре обобщены имеющиеся данные о структуре и функциях сердечных тропонинов, их роли в регуляции сокращений миокарда и клиническом применении.
Сердечные тропонины (тропонин T, I, С) являются белками, расположенными внутри клеток миокарда в составе тропонинового комплекса, связанного с белком тропомиозином. Тропомиозин совместно с белком актином формирует тонкие миофиламенты, которые являются важнейшими составными компонентами сократительного аппарата сердечной мышцы. Основная функция тропонинов заключается в регуляции кальций-зависимой регуляции процессов сокращения и расслабления сердечной мышцы [1], [2], [3]. Каждый из тропонинов выполняет свои специфические функции:
· Тропонин I - связывает актин в период расслабления и тормозит АТФ-азную активность актомиозина и тем самым предотвращает мышечное сокращение при отсутствии ионов кальция, поэтому тропонин I также называют ингибирующей субъединицей.
· Тропонин Т - обеспечивает механические прикрепление тропонинового комплекса к тонким миофиламентам, и участвует в кальций-регулируемом акте сокращения сердечной мышцы.
· Тропонин С - связывает ионы кальция, поступающие в цитоплазму, для осуществления процесса сокращения, поэтому тропонин С также называют кальций-связывающей субъединицей.
Биохимия сердечных тропонинов
Сердечные тропонин Т и тропонин I отличаются своим аминокислотным составом от скелетных тропонинов, тогда как сердечный тропонин С полностью идентичен скелетному тропонину С [1], [4].
К настоящему моменту в миокарде обнаружена одна изоформу сердечного тропонина I, а в скелетных мышцах две изоформы (соответствуют быстрым и медленным скелетным волокнам). Скелетные изоформы тропонина I состоят примерно из 181-211 аминокислот, а сердечная изоформа тропонина I в своем строении имеет дополнительный пептид, состоящий из 30 аминокислот. Данный пептид расположен в N-концевом участке молекулы тропонина I и за счет этого размер сердечного тропонина I больше, чем у скелетных изоформ. Молекулярная масса сердечного тропонина I составляет 23,8 кДа, в соответствии с чем он относится к низкомолекулярным белкам [2], [5], [6].
Сердечный тропонин Т, в отличие от сердечного тропонина I, имеет 4 изоформы [5]. Все эти четыре изоформы сердечного тропонина Т значительно отличаются по своей биохимической (молекулярной) структуре от двух скелетных изоформ тропонина Т (соответствуют быстрым и медленным скелетным волокнам). При изучении молекулярной структуры обнаружено примерно 43% отличий сердечных изоформ тропонина Т от изоформы тропонина Т медленных скелетных мышц и 56% отличий от изоформы тропонина Т быстрых скелетных мышц. Молекулярная масса сердечного тропонина Т составляет 37 кДа и он также относится к низкомолекулярным белкам [3], [5], [6].
Сердечный тропонин С, как уже говорилось выше, имеет такую же аминокислотную структуру, как и тропонин С в скелетных медленных и быстрых волокнах, поэтому он не является кардиоспецифичным белком [7].
Уникальное строение сердечных тропонина Т и тропонина I дает важное клиническое применение - использование в качестве лабораторных биомаркеров при сердечно-сосудистых заболеваниях [8], [9], включая острый инфаркт миокарда, миокардиты и сердечную недостаточность, о чем мы подробнее будем говорить ниже.
Ген, кодирующий аминокислотную структуру тропонина I, локализован на 19 хромосоме и состоит из 8 экзонов [6], [10]. Его экспрессия регулируется в зависимости от стадии гистогенеза сердца [11]. Так, в эмбриональном человеческом сердце экспрессируется и сердечная изоформа тропонина I и скелетная изоформа тропонина I медленных мышечных волокон. В постэмбриональном периоде экспрессия скелетной изоформы тропонина I ингибируется, а экспрессия сердечной увеличивается и примерно через год после рождения в миокарде экспрессируется только сердечная изоформа тропонина I. Регуляция экспрессии тропонина I осуществляется специфическими транскрипционными факторами и ее механизмы не до конца известны [8], [12].
Тропонин Т, в отличие от тропонина I, кодируется несколькими генами, вследствии чего образуется несколько изоформ сердечного тропонина Т [13], [14]. Данные гены также имеют в своем составе несколько экзонов, которые подвергаются альтернативному сплайсингу, в результате которого может образоваться большое количество изоформ тропонина Т с разными аминокислотными последовательностями. В миокарде взрослых людей экспрессируется только одна изоформа тропонина сердечного Т, а в эмбриональном миокарде несколько. В патологических условиях, например, при сердечно недостаточности, происходит усиление экспрессии сердечных изоформ тропонина Т, характерных для эмбрионального периода [15], [16].
В человеческом миокарде находится примерно 4,0-6,0 мг на 1 г влажного веса тропонина I и примерно 10,0-11,0 мг на 1 г влажного веса тропонина Т. Основная часть тропонинов находится в составе структурной (связанной) фракции в виде тропонинового комплекса, который регулирует сокращения сердечной мышцы [3], [5], [6]. Небольшая часть тропонинов (примерно 5%) находится в свободном (не связанном) виде, которую обозначают цитозольной фракцией сердечных тропонинов (рисунок 1). Цитозольная фракция сердечных тропонинов не участвует в регуляции сокращения сердечной мышцы [4].
Рис. 1. Схема расположения тропонинов в кардиомиоците [4]
Клиническое значение
Изменения аминокислотного состава сердечных тропонинов в результате мутаций приводит к развитию сократительных дисфункцию и кардиомиопатий, которые являются тяжелыми и неуклонно прогрессирующими заболеваниями. В терминальной стадии развивается тяжелая сердечная недостаточность и гибель пациентов. Единственный действенный метод лечения таких пациентов - трансплантация сердца. К настоящему моменту времени открыто более 100 различных мутаций, которые вызывают развитие кардиомиопатий: дилатационной кардиомиопатии (ДКМП), гипертрофической кардиомиопатии (ГКМП), рестриктивной кардиомиопатии (РКМП) [17, 18]. Ранее выявления данных мутаций может будет способствовать более раннему началу терапии, и как следствие, улучшению прогноза и продления жизни пациентов.
Другим важным направлением использования тропонинов является лабораторная диагностика сердечно-сосудистых заболеваний. Сердечные тропонины, как уже было сказано, являются внутриклеточными белками и обнаружение их в сыворотке крови свидетельствует о повреждении или гибели клеток миокарда. При обратимом повреждении кардиомиоцитов происходит нарушение целостности мембраны и / или повышение ее проницаемости, а также частичный протеолиз цитозольного пула тропонинов на более мелкие фрагменты и их высвобождение из клетки во внеклеточное пространство и сыворотку крови. Уровни тропонинов повышаются в несколько или максимум в десятки раз, поскольку объем цитозольного пула тропонинов невелик. Обратимое повреждение кардиомиоцитов может происходить при тяжелой физической нагрузке (марафонском беге), психоэмоциональном стрессе, сепсис-индуцированной дисфункции миокарде [8], [19], [20].
При необратимом повреждении, которое чаще всего возникает при остром инфаркте миокарда (ишемическое повреждение) или миокардите (воспалительное повреждение) происходит разрушение сократительного аппарата кардиомиоцитов и высвобождение структурного пула тропонинов в сыворотку крови. Уровни тропонинов при этом могут повышаться в несколько сотен раз [8].
Кардиальные тропонины являются главными биомаркерами для диагностики острого инфаркта миокарда, дополняя клинические (симптомы боли в груди, одышка, учащенное сердцебиение, потливость потеря сознания и др.) и функциональные данные (электрокардиография, эхокардиография). Повышение сердечных тропонинов в сыворотке крови наряду с симптомами и ишемическими признаками электрокардиографии является основанием для постановки диагноза инфаркта миокарда и начала соответствующей терапии. Как правило, сердечные тропонины повышаются через 6-12 ч от момента начала болевого приступа. Высокочувствительные методы определения тропонинов, недавно одобренные для клинического использования значительно ускорили раннюю диагностику инфаркта миокарда, алгоритм которой регламентированы в новом руководящем документе европейского и американского кардиологического сообществ - Четвертое универсальное определение инфаркта миокарда (2018) [22]. Кардиальные тропонины также могут повышаться в сыворотке крови при целом ряде других состояний (сепсис, почечная недостаточность, миокардиты, и др.), повреждающих миокард, что затрудняет дифференциальную диагностику инфаркта миокарда от этих состояний и иногда приводит к ошибкам и, как следствие, некорректному лечению пациентов. Уровни сердечных тропонинов при миокардитах, сепсис-индуцированной дисфункции миокарда и сердечной недостаточности обладают высокой прогностической ценностью [19], [23], [24], тем самым выявляя тех пациентов, которые нуждаются в более интенсивной терапии, своевременное проведение которой может в дальнейшем способствовать улучшению прогноза пациентов.
Основные патологические и физиологические состояния, которые сопровождаются повышением концентрации сердечных тропонинов, не связанные с поражением коронарных артерий - некоронарогенные причины, суммированы на рисунке 2. Врачи-клиницисты должны знать данные причины для проведения дифференциальной диагностики и при постановке диагноза острый инфаркт миокарда не полагаться на одни только лабораторные данные.
Рис. 2. Некоронарогенные причины повышения сердечных тропонинов по [1] с измениями и дополнениями
Кардиальные тропонины являются важными регуляторами сократительной функции миокарда, а незначительные их мутации вызывают развитие кардиомиопатий. Кардиальные тропонины являются ценными диагностическими биомаркерами для диагностики острого инфаркта миокарда, миокардита, сердечной недостаточности. Дальнейшее изучение фундаментальных биохимических аспектов сердечных тропонинов является важным направлением для улучшения лечебно-диагностических стратегий при сердечно-сосудистых заболеваниях.
Список литературы
сердечный тропоним сосудистый
1. Чаулин А.М. Некоронарогенные причины повышения тропонинов в клинической практике / А.М. Чаулин, Л.С. Карслян, Д.В. Дупляков // Клиническая практика. 2019; 10 (4):81-93. doi: 10.17816/clinpract
2. Takeda S. Structure of the core domain of human cardiac troponin in the Ca (2+) - saturated form / S Takeda, A Yamashita, K Maeda, Y. Maйda // Nature. 2003; 424 (6944):35-41. DOI: 10.1038/nature01780.
3. Dhoot G.K. The localization of the different forms of troponin I in skeletal and cardiac muscle cells / G.K. Dhoot, P.G. Gell, S.V. Perry // Exp Cell Res. 1978; 117 (2):357-370. DOI: 10.1016/0014-4827 (78) 90149-0.
4. Чаулин А.М. Особенности метаболизма сердечных тропонинов (обзор литературы) / А.М. Чаулин, Л.С. Карслян, Е.В. Григорьева и др. // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2019; 8 (4): 103-115. DOI: 10.17802/2306-1278-2019-8-4-103-115.
5. Dhoot G.K. Distribution of polymorphic forms of troponin components and tropomyosin in skeletal muscle / G.K Dhoot, SV. Perry // Nature. 1979; 278 (5706):714-718. DOI: 10.1038/278714a0.
6. Филатов В.Л. Тропонин: строение, свойства и механизм функционирования / В.Л. Филатов, А.Г. Катруха, Т.В. Буларгина и др. // Биохимия. 1999; 64 (9): 1115-1174.
7. Schreier T. Cloning, structural analysis, and expression of the human slow twitch skeletal muscle/cardiac troponin C gene / T Schreier, L Kedes, R Gahlmann. // The Journal of Biological Chemistry. 1990; 265 (34):21247-21253. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2250022 (дата обращения: 25.05.2020)
8. Чаулин А.М. Клинико-диагностическая ценность кардиомаркеров в биологических жидкостях человека / А.М. Чаулин, Л.С. Карслян, Е.В. Григорьева, Д.А. Нурбалтаева, Д.В. Дупляков // Кардиология. 2019; 59 (11):66-75. DOI:10.18087/cardio.2019.11.n
9. Чаулин АМ. Метаболизм кардиальных тропонинов в нормальных и патологических условиях/ А.М. Чаулин, Л.С. Карслян, Е.В. Григорьева, Д.А. Нурбалтаева, Д.В. Дупляков // Сибирское медицинское обозрение. 2019; (6):5-14. DOI: 10.20333/2500136-2019-6-5-14.
10. Bhavsar PK. Isolation and characterization of the human cardiac troponin I gene (TNNI3) / Bhavsar PK, Brand NJ, Yacoub MH, Barton PJ. // Genomics. 1996; 35 (1):11-23. DOI: 10.1006/geno.1996.0317.
11. Schiaffino S. Troponin isoform switching in the developing heart and its functional consequences / Schiaffino S, Gorza L, Ausoni S. // Trends Cardiovasc Med. 1993; 3 (1):12-17. doi: 10.1016/1050-1738 (93) 90022-X.
12. Sasse S. Troponin I gene expression during human cardiac development and in end-stage heart failure / Sasse S, Brand NJ, Kyprianou P, Dhoot GK, Wade R et al // Circulation Research. 1993; 72 (5):932-938. DOI: 10.1161/01.res.72.5.932.
13. Perry SV. Troponin T: genetics, properties and function // Journal of Muscle Research and Cell Motility. 1998; 19 (6):575-602. DOI: 10.1023/a:1005397501968.
14. Breitbart RE. Intricate combinatorial patterns of exon splicing generate multiple regulated troponin T isoforms from a single gene / Breitbart RE, Nguyen HT, Medford RM, Destree AT, Mahdavi V, Nadal-Ginard B. // Cell. 1985; 41 (1):67-82. DOI: 10.1016/0092-8674 (85) 90062-5.
15. Solaro R.J. Adaptive and Maladaptive Processes: Control of Myofilament Activation in Heart Failure / Solaro R.J., Powers F.M., Gao L., Gwathmey K.J. // Circulation. 1993; 87 (6S):38-43. https://insights.ovid.com/circ/199306002/00003017-199306002-00008 (дата обращения: 25.05.2020)
16. Anderson PA. Molecular basis of human cardiac troponin T isoforms expressed in the developing, adult, and failing heart / Anderson PA, Greig A, Mark TM, Malouf NN, et al // Circulation research. 1995; 76 (4):681-686. DOI: 10.1161/01.res.76.4.681.
17. Дупляков Д.В. Мутации сердечных тропонинов, ассоциированные с кардиомиопатиями / Д.В. Дупляков, А.М. Чаулин // Кардиология: новости, мнения, обучение. 2019. Т. 7, №3. С. 8-17. doi: 10.24411/2309-1908-2019-13001.
18. Чаулин А.М. Участие катехоламинов в патогенезе диабетической кардиомиопатии / А.М. Чаулин, Ю.В. Григорьева, Д.В. Дупляков // Медицина в Кузбассе. 2020. №1. С. 11-18. DOI: 10.24411/2687-0053-2020-10003.
19. Чаулин А.М. Повышение кардиальных тропонинов, не ассоциированное с острым коронарным синдромом. Часть 1 / Д.В. Дупляков, А.М. Чаулин // Кардиология: новости, мнения, обучение. 2019. Т. 7, №2. С. 13-23. doi: 10.24411/2309-1908-2019-12002.
20. Чаулин А.М. Повышение кардиальных тропонинов, не ассоциированное с острым коронарным синдромом. Часть 2 / Д.В. Дупляков, А.М. Чаулин // Кардиология: новости, мнения, обучение. 2019. Т. 7, №2. С. 24-35. doi: 10.24411/2309-1908-2019-12003.
21. Thygesen K. ESC Scientific Document Group. Fourth universal definition of myocardial infarction./ Thygesen K, Alpert J, Jaffe A, et al. // European Heart Journal. 2019; 40 (3):237-269. URL: https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehy462
22. Чаулин А.М. Клинико-диагностическое значение определения кардиальных тропонинов в крови при сепсисе и септическом шоке (обзор литературы) / А.М. Чаулин, А.Ю. Мазаев, Е.В. Григорьева, Е.А. Нурбалтаева, А.Г. Александров // Евразийское научное объединение. 2019. №2-2 (48). С. 113-116. https://www.elibrary.ru/item.asp? id=37134945 (дата обращения: 25.05.2020)
23. Soongswang J. Cardiac troponin T: a marker in the diagnosis of clinically suspected acute myocarditis and chronic dilated cardiomyopathy in children / Soongswang J, Durongpisitkul K, Nana A, Laohaprasittiporn D, Kangkagate C et al // Pediatric Cardiology 2005; 26 (1):45-49. DOI: 10.1007/PL00021005
24. Bessiere F. Prognostic value of troponins in sepsis: a meta-analysis / Bessiere F, Khenifer S, Dubourg J, Durieu I, Lega JC // Intensive Care Med. 2013; 39 (7):1181-1189. doi: 10.1007/s00134-013-2902-3
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая фармакокинетика и фармакодинамика. Показания и противопоказания к применению сердечных гликозидов. Взаимодействие сердечных гликозидов с лекарственными средствами. Действия медсестры по предупреждению, выявлению и лечению гликозидной интоксикации.
курсовая работа [33,0 K], добавлен 28.11.2010Описание пород собак, используемых в проводимом исследовании. Основы строения и работы сердца. Материал и методика исследования. Схемы лечения сердечных заболеваний у немецкой и кавказской овчарок. Анализ результатов. Экономическая эффективность.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 21.06.2012Продолжительность жизни населения и летальность от сердечно-сосудистых заболеваний в России и странах мира. Дефиниция и критерии инфаркта миокарда. Рекомендации NACBLM по использованию биохимических маркеров для диагностики сердечных заболеваний.
презентация [1,4 M], добавлен 06.02.2011Понятие о сердечных гликозидах: классификация, физико-химические свойства. Содержание сердечных гликозидов в растениях, факторы, влияющие на их образование и накопление. Заготовка сырья, содержащего сердечные гликозиды. Фармакологические характеристики.
курсовая работа [438,9 K], добавлен 17.06.2011Эпидемиология сердечно–сосудистых заболеваний и смертность. Основные факторы, группы крови и факторы риска развития заболеваний человека. Программа профилактики сердечно–сосудистых заболеваний. Профилактика сердечно-сосудистой патологии в России.
дипломная работа [237,9 K], добавлен 25.06.2013Препараты, использующиеся при сердечной недостаточности. Опасности назначения сердечных гликозидов. Кардиогенный шок. Особенность фармакокинетики дигоксина. Механизмы действия. Влияние на обменные процессы. Действие гликозидов.
лекция [16,2 K], добавлен 28.07.2007Основные симптомы сердечно-сосудистых заболеваний, причины их возникновения. Классификация сердечно-сосудистых заболеваний, их этиология и лечение. Роль сестринского персонала в профилактике и уходе за больными с сердечно-сосудистыми заболеваниями.
курсовая работа [106,5 K], добавлен 02.06.2014Нарушение ритма сердечных сокращений. Электрофизиологические основы нарушений ритма сердца. Типы механизмов возникновения аритмии. Этиотропные средства и средства, влияющие на автоматизм и проводимость сердца. Основные причины сердечных аритмий.
лекция [284,8 K], добавлен 14.05.2013Общая характеристика анатомии и физиологии сердечно-сосудистой системы. Сущность физиологии работы сердца. Анализ хронической сердечной недостаточности: симптомы, первые признаки, клиническое лечение. Основные законы режима физической активности.
презентация [1,0 M], добавлен 19.07.2012Сущность сердечных шумов, основы их классификации и причины возникновения. Параметры, уточнение которых необходимо для дифференциальной диагностики патологии. Инструментальные технологии верификации диагноза, электрокардиография и рентген грудной клетки.
реферат [274,2 K], добавлен 21.07.2015Режим функционирования сердца человека. Одномерная реализация сложного колебательного процесса, порождаемого электрической активностью сердца. Изменение частоты сердечных сокращений и уширение полосы частот при Фурье-анализе. Проведение вейвлет-анализа.
статья [1,2 M], добавлен 20.07.2013Современная функциональная диагностика. Общие сведения о физиологии сердца: автоматизм, проводимость и возбудимость сердечной мышцы. Изменение потенциалов возбужденных клеток. Интервалы и сегменты электрокардиограммы, основные измеряемые параметры.
реферат [178,1 K], добавлен 22.12.2010Этиология и патогенез инфаркта миокарда. Динамика ранних маркеров кардионекроза в остром периоде инфаркта миокарда и коагулографические факторы риска развития тромбообразования. Основные методы ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний.
дипломная работа [1016,2 K], добавлен 01.12.2014Анализ изменений в организме частоты сердечных сокращений и артериального давления при выполнении нагрузки разной мощности у спортсменок специализации карате. Возрастные особенности девушек среднего школьного возраста. Виды нагрузок и типы реакции.
курсовая работа [96,6 K], добавлен 02.10.2013Определение острой токсичности (второй класс) селенита натрия, селенита цинка и расчёты LD50 по методу Кербера. Влияние селенита натрия и селенита цинка на мозговой кровоток, артериальное давление и частоту сердечных сокращений у бодрствующих крыс.
реферат [90,8 K], добавлен 30.04.2009Лабораторное подтверждение острого инфаркта миокарда, основанное на выявлении неспецифических показателей тканевого некроза и воспалительной реакции. Динамика МВ-КФК, тропонинов, креатинфосфокиназы и аспартатаминотранферазы при остром инфаркте миокарда.
презентация [369,2 K], добавлен 20.02.2015Причины и факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний. Статистика смертности от сердечно-сосудистых заболеваний по Европе, распространенности курения, злоупотребления алкоголем. Необходимость изменения образа жизни в целях профилактики заболеваний.
презентация [1,2 M], добавлен 02.06.2014Семиотика поражений сердечно-сосудистой системы, ее анатомо-физиологические особенности и запасная сила у детей. Семиотика боли в области сердца (кардиалгии), изменений артериального давления, нарушений сердечного ритма. Семиотика шумов и пороков сердца.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.12.2013Определение сердечно-сосудистой системы. Основные причины, признаки и симптомы при сердечно-сосудистых заболеваниях: одышка, удушье, учащенное сердцебиение, боль в области сердца. Статистика заболеваний ССС по Казахстану. Основные методы их профилактики.
презентация [78,5 K], добавлен 23.11.2013Частота сердечных сокращений как показатель активности сердечнососудистой системы. Врачебная оценка реакции на нагрузку по артериальному давлению. Парциальное напряжение кислорода в крови. Влияние оздоровительной тренировки на гемодинамику организма.
курсовая работа [118,4 K], добавлен 05.12.2009