Микроэлементный состав сердца детей раннего возраста в норме и при транспозиции магистральных сосудов

Изучено распределение микроэлементного состава в миокарде камер сердца детей раннего возраста в норме и при транспозиции магистральных сосудов (ТМС). Исследование проводилось при аутопсии 25 пациентов с ТМС раннего возраста, 7 плодов 21-29 недель внутриутробного развития, а также здоровых детей раннего возраста, погибших в результате причин, не связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Методом рентгено-флоуресцентного анализа с использованием синхротронного излучения определялось содержание в миокарде S, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cr, Zn, Se, Br, Rb, Sr. Параллельно исследовался морфологический состав изучаемых участков миокарда. В результате проведенных исследований показано, что у плодов 21-29 недель внутриутробного развития распределение элементов примерно одинаково по желудочкам, но различается по предсердиям в сторону более высоких концентраций в ЛП. Переход от внутриутробного к постнатальному кровообращению сопряжен с перераспределением элементного состава миокарда. У детей раннего возраста с ТМС по сравнению со здоровыми детьми в миокарде определяются группы МЭ: 1) резко сниженное содержание Se и умеренно сниженное содержание Cl, Br, Rb, Cr, Sr; 2) близкое к норме содержание: S, К, Ca, Mn, Fe; 3) повышенное содержание Cu и резко повышенное содержание Zn и Ni. Можно предположить, что в миокарде детей с ТМС одновременно осуществляются два противоположных метаболических процесса: с одной стороны, стимуляция роста и дифференцировки кардиомиоцитов, с другой - подавление синтеза ДНК и апоптоз.

Распределение микроэлементов (МЭ) в сердце детей в норме и при транспозиции магистральных сосудов, несомненно, связано с морфоструктурой и разной функциональной нагрузкой отделов сердца.

В раннем детском возрасте под влиянием эндо- и экзогенных факторов происходит рост, дифференцировка и развитие всех отделов сердца [3]. Определенную роль в развитии этих процессов играет баланс МЭ. Известно, что Fe, Cu, Se, Zn, Mn необходимы для поддержания нормального клеточного цикла, роста и дифференцировки кардиомиоцитов [2]. Эссенциальные МЭ, такие как Zn, Cu, Se, Mn, способствуют росту и развитию клеток. Генотоксические МЭ, такие как Cd, Ni, Pb, Cr, As и другие, тормозят эти процессы и способствуют гибели клеток [3, 6,11]. Кроме того, дисбаланс МЭ в период внутриутробного развития может провоцировать аномалии развития или даже внезапное прерывание беременности, что подтверждает суще ствование взаимоотношений «МЭ - геном -репродукция - онтогенез» [7, 8].

Известно также, что внутриклеточная ком-партментализация МЭ осуществляется полимо-дальными путями и сопровождается возникновением антагонистических и синергических отношений взаимодействия с сигнальными системами и геномным аппаратом клеток. Молодые клетки характеризуются повышенным синтезом Zn-зависимых транскрипционных факторов и возрастанием внутриклеточного Se, что приводит к активизации антиапоптозных факторов [9].

Все эти данные свидетельствуют о большом влиянии МЭ на рост, развитие и дифференцировку отделов сердца во время внутриутробного развития и в детском возрасте. Очевидно, что дисбаланс элементов, особенно во время внутриутробного развития, может привести к формированию врожденных аномалий, таких как ТМС.

К сожалению, нам не встретились публикации о распределении МЭ в разных отделах сердца как у здоровых детей, так и у детей с ТМС. В то же время решение этого вопроса, возможно, поможет выявить дисбаланс в распределении МЭ, что позволит наметить пути к возможностям нормализации выявленных нарушений. Таким образом, цель данного исследования -изучение распределения некоторых МЭ в разных отделах сердца у здоровых и больных ТМС раннего возраста.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследование содержания МЭ проводилось из участков миокарда четырех камер сердца (ПП, ЛП, ПЖ, ЛЖ). В качестве материала использован миокард 25 пациентов с ТМС раннего возраста (3,0±0,7 мес.), полученный при аутопсии. Исследование элементного состава проводилось также в миокарде 7 плодов 21-29 недель внутриутробного развития, полученных в результате медицинского аборта. В качестве контроля исследовался миокард здоровых детей раннего возраста (2,0±0,4 мес.), погибших в результате причин, не связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Методом рентгено-флоуресцентного анализа с использованием синхротронного излучения (РФА СИ) исследовалось содержание следующих МЭ: S, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cr, Zn, Se, Br, Rb, Sr. Общее число анализов мик-роэлементного состава - 1 980.

Параллельно исследовался морфологический состав миокарда детей с ТМС.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Если проанализировать распределение химических элементов по камерам сердца плодов (табл. 1), то можно отметить, что концентрация большинства элементов практически не различается в ПЖ и ЛЖ. Следует отметить лишь более высокую концентрацию Cr, Mn, Fe, Ni в ЛЖ и Ti, S, Se в ПЖ. При сравнении элементного состава между предсердиями выявлено более высокое содержание в ЛП S, Cl, K, Ca, Cr, Fe, Zn, Se, Rb, Br; а в ПП - только Ti.

Одинаковое содержание большинства МЭ в желудочках плодов свидетельствует о том, что желудочки во время внутриутробного развития выполняют одинаковую функциональную нагрузку. В то же время при сравнении содержания МЭ по предсердиям отмечается повышенная концентрация некоторых элементов в ЛП, что, возможно, обусловлено большей функциональной нагрузкой. Несколько более высокое содержание Ti в правых отделах сердца требует дальнейшего исследования.

Сравнение распределения МЭ между желудочками сердца здоровых детей показало следующее (табл. 2). Большинство элементов в ЛЖ и ПЖ содержится в равных количествах, что было отмечено и для миокарда желудочков плодов. В ЛЖ отмечена более высокая концентрация K, Cl; в ПЖ - Fe, Ni, Se. Сравнение со-

Таблица 1

Отдел						Содержание МЭ, мкг/г
сердца	S	CI	К	Ca	Ti	Cr	Мп	Fe Ni Cu	2п	Se	Br	Rb	Sr
Левый желудочек (п=7)	1642	623	805	1053	126	1,5	2,4	200   0,4   7,7	249	1,81	26	2,02	5,55
	±264	±95	±78	±87	±16,3	±0,4	±0,3	±25,6 ±0,07 ±0,32	±22	±0,3	±2,7	±0,2	±0,6
Правый желудочек (п=7)	1964	655	808	971	159	0,96	2,11	176   0,3 7,57	245	1,99	28	2,1	5,34
	±339	±131	±98	±62	±29	±0,3	±0,1	±23 ±0,04 ±0,44	±29	±0,4	±4,5	±0,2	±0,8
Левое предсердие (п=7)	2041	1012	1152	1134	236	1,5	2,4	362   0,5 8,25	228	1,79	25,7	1,99	4,5
	±293	±143	±182	±110	±42,3 ±0,66		±0,3	±75,4 ±0,11 ±0,31	±42	±0,3	±3,4	±0,3	±0,5
Правое предсердие (п=7)	1481	835	869	879	298	1,05	2,1	263   0,4   8,3	180	1,2	22	1,7	3,9
	±236	±93	±71	±81	±60	±0,5	±0,1	±10,2 ±0,1 ±0,34	±24	±0,3	±3,0	±0,3	±0,7

Распределение МЭ в миокарде камер сердца плодов 21-29 недель внутриутробного развития

держания МЭ по предсердиям показало равное содержание S, Mn, Br, Rb, Se, Cu, Sr. В ЛП более высокие концентрации Fe и Zn, а в ПП -Cl, K, Cr, Ni. Таким образом, можно сделать вывод о примерно одинаковом распределении МЭ по камерам сердца у детей раннего возраста, а имеющиеся отклонения, возможно, обусловлены небольшим числом наблюдений.

Таким образом, сравнение содержания МЭ в миокарде плодов 21-29 недель и детей раннего возраста позволяет выявить следующие закономерности. Содержание S, Fe, Ca, Zn, Sr, Cu у детей по сравнению с плодами повышается; содержание K, Br, Rb, Se - снижается; содержание Cl, Cr, Mn, Ni не изменяется. Возможно, у детей раннего возраста происходит перераспределение МЭ.

Анализ распределения МЭ по камерам сердца у детей раннего возраста с ТМС выявил следующее (табл. 2). Во всех отделах сердца отмечается резкое снижение концентрации Se до 7-18% по сравнению с миокардом здоровых детей того же возраста. Отмечено снижение Cr до 21-52% от содержания в нормальном миокарде. Умеренно снижается содержание Cl, K, Br, Rb, Sr (40-62%). Содержание элементов S, Ca, Mn, Fe миокарде здоровых детей и детей с ТМС не отличалось. Повышенным у больных ТМС оказалось содержание Cu (144-247%). Но наиболее удивительным было резкое повышение во всех отделах сердца больных детей содержания Zn и Ni. В ПЖ содержание Ni составило 860% от нормы, а в ЛЖ - 1 317% от нормы. Содержание Zn у больных с ТМС в ЛП составило 1 276% от нормы, а в ПП - 1 512% от нормы. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о резком дисбалансе МЭ в миокарде детей с ТМС по сравнению со здоровыми детьми: с одной стороны, отмечено резкое понижение уровня Se и Sr, с другой - повышение Cu и, особенно, Zn и Ni.

Таблица 2

Распределение МЭ в миокарде у здоровых и больных ТМС детей раннего возраста

Отдел сердца Содержание МЭ, мкг/г S CI К Ca Cr Мп Fe Ni Cu 2п Se Br Rb Sr здоровые дети Левый 3380 842 792 1352 1,01 2,4 344 0,36 8,9 360 0,73 12,3 1,41 6,1 желудочек (п=5) ±631 ±300 ±218 ±218 ±0,2 ±0,21 ±30 ±0,05 ±0,7 ±38 ±0,13 ±1,6 ±0,2 ±0,7 Правый 3260 624 630 1264 0,95 2,44 422 0,55 10,1 392 0,79 12,5 1,35 6,3 желудочек (п=5) ±335 ±141 ±132 ±94 ±0,12 ±0,21 ±83 ±0,09 ±0,8 ±43 ±0,1 ±1,6 ±0,2 ±0,6 Левое 2560 504 494 990 0,81 2,04 404 0,29 9,04 344 0,69 11,7 1,18 5,7 предсердие (п=5) ±180 ±83 ±71 ±54 ±0,10 ±0,19 ±100 ±0,06 ±0,5 ±38 ±0,09 ±1,2 ±0,2 ±0,6 Правое 2575 615 580 1112 1,13 2,04 340 0,35 8,9 298 0,65 11,3 1,13 5,1 предсердие (п=5) ±370 ±158 ±164 ±96 ±0,43 ±0,2 ±23 ±0,09 ±1,1 ±57 ±0,15 ±2,2 ±0,2 ±0,9 больные ТМС

Левый	3182	399	497	1231	0,42	2,7	396	0,23	14,9	226	0,13	6,5	0,8	10,3
желудочек (п=16)	±406	±42	±57	±87	±0,13	±0,8	±78	±0,05	±2,8	±112	±0,05	±0,7	±0,18	±7,1
Правый	3459	431	555	1222	0,25	2,4	341	0,20	16,4	190	0,10	7,9	0,7	3,8
желудочек (п=20)	±327	±53	±52	±93	±0,08	±0,3	±33	±0,08	±2,7	±80	±0,04	±0,7	±0,06	±0,5
Левое	2508	348	463	1147	0,17	1,5	305	0,44	13,0	106	0,56	6,6	0,6	3,2
предсердие (п=21)	±293	±43	±57	±104	±0,04	±0,2	±49	±0,07	±2,2	±46	±0,03	±0,7	±0,09	±0,3
Правое	2504	304	421	1108	0,59	2,3	387	0,15	21,9	124	0,12	6,0	0,5	2,8
предсердие (п=20)	±259	±42	±37	±85	±0,14	±0,4	±39	±0,11	±8,2	±44	±0,05	±0,6	±0,67	±0,2

В миокарде больных ТМС по сравнению с миокардом здоровых отмечены значительные изменения в содержании следующих МЭ: в ЛЖ - Cl, Fe, Cu, Se; в ПЖ - Cr, Ni, Zn, Br, Rb, Sr; в ЛП - Ni, Zn, Br, Rb; в ПП - Cl, Zn, Se, Br, Rb, Sr.

Проведено исследование морфологических параметров ЛЖ и ПЖ у детей с ТМС. Как видно из табл. 3, у больных с интактной межжелудочковой перегородкой (ИМЖП) толщина стенок ЛЖ и ПЖ в среднем одинаковая у детей с ТМС в возрасте до 1 мес. У детей с ТМС и дефектом межжелудочковой перегородки (ДМЖП) вне зависимости от возраста толщина стенки ПЖ больше, чем толщина стенки ЛЖ, что связано с большей функциональной нагрузкой этого отдела сердца. Эти данные сопоставимы с данными распределения МЭ по миокарду. В ПЖ концентрация большинства элементов (Zn, Br, Cu, K, Cl, S) выше, чем в ЛЖ, что подтверждает большую функциональную нагрузку на ПЖ.

ОБСУЖДЕНИЕ

Элементный состав миокарда желудочков плодов показал, что большинство МЭ распределяются в ПЖ и ЛЖ в равных количествах. Отмечено лишь увеличение концентрации Cr и Ni в ЛЖ по сравнению с ПЖ. При сравнении содержания МЭ по предсердиям обнаружено повышенное содержание S, Cl, K, Ca, Cr, Fe, Zn, Se в ЛП по сравнению с ПП. В правых отделах сердца обнаружено более высокое содержание Ti. Полученные результаты предположительно можно объяснить тем, что во время внутриутробного развития функциональная на грузка на оба желудочка примерно одинакова. В то же время нагрузка на ЛП больше, чем на ПП.

Сравнительный анализ распределения МЭ в миокарде сердца плодов и детей раннего возраста выявил следующие закономерности. В миокарде всех камер сердца плода в 1,5-2,0 раза выше содержание таких элементов, как Se, Br, Rb на фоне более низкого содержания Fe и Zn. В левых отделах сердца повышено содержание Cr. Таким образом, переход от внутриутробного кровообращения плода на постнатальное сопряжен с перераспределением МЭ.

Известно, что Se является важнейшим эссенциальным микроэлементом, являясь кофактором Se-зависимой глутатионпероксидазы, негемового железопротеида X [1]. Селен обеспечивает антиоксидантную защиту клеточных мембран, осуществляя элиминацию свободных радикалов [12]. Кроме того, в активированных клетках активно происходят процессы транскрипции и трансляции, а селенопротеиды способны связываться со вторичной структурой РНК, регулируя таким образом трансляцию иРНК на посттранскрипционном уровне. При дефиците Se может развиться внезапная смерть новорожденных [3]. Исходя из этих данных становится понятным увеличение концентрации Se в миокарде плодов.

Роль Br в эмбриогенезе не вполне изучена. Однако, являясь аналогом Cl и I, возможно, бром выполняет важную роль. Бром является эссенциальным микроэлементом и не оказывает генотоксического воздействия [8].

Увеличенное содержание Rb в миокарде всех камер сердца плодов объясняется тем, что данный элемент является спутником K и содер-

Таблица3

Группы больных ТМС	Возраст	Отдел сердца	Толщина стенки, см
			передняя стенка	средняя треть передней стенки	верхушка	задняя стенка
	5-30 сут.	ПЖ	0,62+0,11	0,51+0,10	0,51+0,21	0,61+0,08
Интактная	(п=8)	ЛЖ	0,62+0,13	0,57+0,09	0,51+0,12	0,68+0,12
МЖП (п=17)	1-6 мес.	ПЖ	0,65+0,11	0,60+0,10	0,54+0,11	0,63+0,07
	(п=9)	ЛЖ	0,63+0,11	0,57+0,09	0,46+0,08	0,61+0,08
	1-4,5 мес.	ПЖ	0,71+0,10	0,63+0,11	0,56+0,11	0,70+0,11
Дефект МЖП	(п=8)	ЛЖ	0,65+0,11	0,53+0,06	0,47+0,06	0,60+0,06
(п=13)	6-12 мес.	ПЖ	0,68+0,12	0,76+0,07	0,74+0,17	0,68+0,12
	(п=5)	ЛЖ	0,72+0,09	0,66+0,12	0,64+0,18	0,62+0,05

Морфометрия стенок ПЖ и ЛЖ у детей раннего возраста с ТМС

жится также в мышечной ткани. Содержание K повышено в ПЖ и в предсердиях практически в 2 раза по сравнению с аналогичными отделами сердца детей раннего возраста. Параллельно с K увеличивается и содержание Rb на 150-160% в миокарде плодов по сравнению с детьми. Вероятно, это связано с интенсивным формированием кардиомиоцитов.

В правых отделах сердца плода отмечено повышенное содержание Ti (в 1,5 раза выше, чем в постнатальном периоде), что, возможно, обусловлено повышенной функциональной нагрузкой на данные отделы. Из литературы известно лишь, что в тканях эмбриона и плаценте обнаруживается высокое содержание Ti [4].

Известна роль Zn в регуляции роста и дифференцировки клеток. Цинк выполняет огромное множество функций: является эссенциальной частью ДНК-связывающих белков, защищает клетки от оксидативного стресса, блокирует апоптоз. Цинк - МЭ, необходимый для нормального функционирования клетки. Данный МЭ является активным антиапоптозным медиатором, защищает клетки от оксидативного стресса, выступает в качестве кофакторов Cu, Zn-СОД. Цинк ингибирует НАДФН-оксидазу, защищает клетки от повреждения продуктами ПОЛ. Изучены функции Zn как кофактора более 300 ферментов [3, 5]. Этим можно объяснить повышение содержания данного элемента в миокарде детей раннего возраста.

Роль Ca в физиологических и биохимических процессах изучена достаточно хорошо. Известно, что усвояемость Ca в период роста резко возрастает, в раннем возрасте у детей отмечается даже гиперкальциемия [1]. Нами также выявлено увеличение в миокарде детей содержания Ca в 3-4 раза по сравнению с миокардом взрослых.

Стронций является химическим аналогом Ca. Известно, что Sr максимально всасывается у детей и с возрастом его содержание снижается [4]. Поэтому у детей раннего возраста по сравнению со взрослыми содержание Cr в миокарде выше в 1,7-2,7 раза.

Неясным остается повышение содержания в миокарде детей Cr. Хром стимулирует рост и развитие организма. В тканях человека во время внутриутробного развития действительно отмечается наибольшее содержание Cr. В первые годы жизни содержание Cr быстро снижается [5].

Роль Fe в организме человека, несомненно, крайне велика и многогранна. Отмечено, что усвоение Fe у детей может увеличивать ся в 2 и более раза [5]. Железо участвует в транспорте и депонировании кислорода, в реакциях окислительно-восстановительных ферментов. По нашим данным, содержание Fe в миокарде здоровых детей было повышенным в 2-3 раза.

Никель известен как агрессивный мутагенный фактор. Растворимые соли Ni проникают в ядро и вызывают продукцию свободных радикалов [3]. Очевидно, Ni нарушает стабильность процессов репарации ДНК. Существует мнение, что Ni участвует в процессе конформации молекул РНК. Как известно, ДНК-полимераза - Zn-зависимый фермент и Ni, как и Mn, может дозозависимым путем замещать Zn в активном центре фермента. Никель, как и Cu, Fe и Se, относится к МЭ, способным индуцировать и ингибировать апоптоз, тогда как Zn способен только ингибировать. Никель является антагонистом таких МЭ, как Se, Zn, Mn, Fe в реализации генотоксического эффекта [10].

Медь - индуктор экстраклеточной СОД, которая защищает клетку от воздействия свободнорадикальных продуктов ПОЛ. Эффект Cu дозозависим, и избыток этого МЭ может иметь опасное воздействие на геном.

Исследование содержания МЭ в миокарде разных камер сердца у детей раннего возраста с ТМС по сравнению со здоровыми детьми того же возраста позволило выявить следующие группы элементов: 1. сниженное содержание: Se; 2. умеренно сниженное содержание: Cl, Br, Rb, Cr, Sr; 3. близкое к норме содержание: S, К, Ca, Mn, Fe; 4. умеренно повышенное содержание: Cu; 5. резко повышенное содержание: Zn, Ni.

Анализ распределения МЭ по отделам сердца у пациентов с ТМС выявил следующее. Обнаружено более высокое содержание Cr, Se, Sr, Ti в ЛЖ и более высокие концентрации Zn, Br в ПЖ. В ПП по сравнению с ЛП более высокие концентрации Cr, Mn, Fe, Cu, Se, в ЛП отмечено более высокое содержание Rb. Повышенное содержание Cu, Se, Mn в ПП, возможно, свидетельствует о более интенсивных метаболических процессах в этом отделе сердца.

На основании изложенного можно заключить, что в миокарде детей с ТМС осуществляются противоположные процессы: с одной стороны, рост и дифференцировка миоцитов, с другой - подавление стабильности ДНК.

Более отчетливо это можно продемонстрировать на примере резкого увеличения двух антагонистов - Zn и Ni.

По литературным данным известна возрастная динамика содержания Zn в крови. Наиболее низкий уровень элемента наблюдается у новорожденных, а максимальная концентрация - в 60-75 лет [5]. Возникает вопрос, почему содержание Zn и Ni увеличивается у больных ТМС в тысячи раз. Если предположить, что причина в сниженной оксигенации артериальной крови (в результате транспозиции магистральных сосудов), то почему во время внутриутробного развития содержание этих элементов в миокарде значительно ниже? Возможно только одно объяснение: на фоне ТМС и низкой оксигенации крови должен поддерживаться адекватный метаболизм кардиомиоцитов для их роста и дифференцировки. Для запуска этого механизма должен быть мощный импульс, которым является апоптоз, спровоцированный Ni. Одновременно повышается содержание Zn, как ингибитора апоптоза. У пациентов с ТМС повышенное содержание Zn и Ni во всех отделах сердца может свидетельствовать о высокой скорости процессов метаболизма, роста и дифференцировки клеток в ответ на повышенную функциональную нагрузку на миокард детей раннего возраста с пороком сердца.

ВЫВОДЫ

• 1.    У плодов 21-29 недель внутриутробного развития распределение МЭ примерно одинаково по желудочкам, но различается по предсердиям в сторону более высоких концентраций МЭ в ЛП, что, вероятно, связано с большей нагрузкой на этот отдел.

• 2.    Переход от внутриутробного к постнатальному кровообращению сопряжен с перераспределением элементного состава миокарда, особенно 1,5-2-х кратным снижением содержания Se, Br, Rb в миокарде и повышением содержания S, Fe, Ca, Zn, Sr и Cu.

• 3.    У детей раннего возраста с ТМС по сравнению со здоровыми детьми аналогичного возраста в миокарде определяются 3 группы МЭ: 1) резко сниженное содержание Se и умеренно сниженное содержание Cl, Br, Rb, Cr, Sr; 2) близкое к норме содержание S, К, Ca, Mn, Fe; 3) повышенное содержание Cu и резкое повышенное содержание Zn и Ni.

• 4.    По данным морфометрии, у больных ТМС до 1 мес. при наличии интактной МЖП в среднем

• 5.    Возможно, в зависимости от содержания МЭ в миокарде детей с ТМС одновременно осуществляются два противоположных метаболических процесса: с одной стороны, стимуляция роста и дифференцировки кардиомиоцитов, с другой - подавление синтеза ДНК и апоптоз.

• 6.    У детей с ТМС имеются метаболические нарушения в миокарде, характеризующиеся повышенным использованием Zn и Ni на фоне низкого содержания Se, что, возможно, связано с анатомическим нарушениям в строении сердца и его функциональной нагрузкой.

толщина обоих желудочков одинаковая, а при наличии дефекта МЖП у детей более старшего возраста идет превалирование правого желудочка над левым, что соответствует и распределению МЭ.