Эволюционирование торсионных механизмов в детском возрасте: современный взгляд на природу вращательной механики левого желудочка

Основные положения. Предложена гипотеза эволюционирования типов скручивания ЛЖ, которая основана на трансформации типов скручивания ЛЖ как обязательном условии постнатального роста и развития камер сердца у здоровых детей и подростков. В перспективе переход одного типа скручивания ЛЖ в другой позволит диагностировать преобладание роста и созревания фиброскелета, верхушки, vortex cordis, трабекулярного аппарата, а также создавать карты индивидуального темпа развития и роста сердца в детском и подростковом возрастах.

Резюме. Современные данные о характере механики левого желудочка (ЛЖ) в постнатальном онтогенезе у здоровых детей и подростков, рожденных доношенными, имеют фундаментальный характер, поскольку позволяют не только определять онтогенетически обусловленные варианты индивидуального развития контрактильно-ротационных механизмов ЛЖ в процессе роста и развития, но и при необходимости дают возможность выявлять на ранних этапах субклиническую дисфункцию, контролировать эффективность комплексных терапевтических и реабилитационных мероприятий. В статье подробно проанализирован впервые установленный факт отсутствия статичности выделенных различных форм скручивания ЛЖ в систолу и способности их трансформации в процессе роста и развития. Данный факт положен в основу авторской оригинальной гипотезы эволюционирования моделей скручивания ЛЖ, обеспечивающего оптимальный темп индивидуального онтогенеза детского и подросткового сердца в постнатальный период. Гипотеза эволюционирования типов скручивания левого желудочка основана на современных знаниях о многогранных процессах на тканевом уровне, механике ЛЖ при индивидуальном темпе развития и роста сердца в детском и подростковом возрастах.

1. Notomi Y., Srinath G., Shiota T., Martin-Miklovic M. G., Beachler L., Howel, K., Thomas J. D. Maturational and adaptive modulation of left ventricular torsional biomechanics: Doppler tissue imaging observation from infancy to adulthood. Circulation. 2006; 113(21): 2534-2541. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.105.537639.

2. Al-Naami G. H. Torsion of young hearts: a speckle tracking study of normal infants, children, and adolescents. Europ. J. Echocardiogr. 2010; 11(10):853–862. doi.org/10.1093/ejechocard/jeq078.

3. Павлюкова Е.Н., Колосова М.В., Унашева А.И., Карпов Р.С. Ротация и скручивание левого желудочка у здоровых детей и подростков, рожденных доношенными. Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2017; 1:39-53.

4. Бородина Г.Н., Высоцкий Ю.А., Лебединский В.Ю., Поправко Е.М. Макроскопические изменения при формировании структур сердца на поздних этапах пренатального и всех этапах постнатального онтогенеза. Бюллетень ВСНЦ РАМН. 2010;3 (73): 202-205.

5. Urbanek K., Cabral-da-Silva M. C., Ide-Iwata N., Maestroni S., Delucchi F., Zheng H., Zerbini G. Inhibition of Notch1-Dependent Cardiomyogenesis Leads to a Dilated Myopathy in the Neonatal HeartNovelty and Significance. Circulation research. 2010; 107(3): 429-44. doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.110.218487.

6. Leri A., Rota M., Pasqualini F. S., Goichberg P., Anversa P. Origin of cardiomyocytes in the adult heart. Circulation research. 2015; 116(1):150-166. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.116.303595.

7. Mollova M., Bersell K., Walsh S., Savla J., Das L. T., Park S. Y., Kühn B. Cardiomyocyte proliferation contributes to heart growth in young humans. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2013;110(4): 1446-1451. doi: 10.1073 / pnas.1214608110.

8. Eschenhagen T., Bolli R., Braun T., Field L. J., Fleischmann B. K., Frisén J., Marbán E. Cardiomyocyte regeneration: a consensus statement. Circulation. 2017;136(7): 680-686. doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.117.029343.

9. Bergmann O., Zdunek S., Felker A., Salehpour M., Alkass K., Bernard S., Frisén J. Dynamics of cell generation and turnover in the human heart. Cell. 2015;161(7):1566-1575. doi.org/10.1016/j.cell.2015.05.026.

10. Lázár E., Sadek H. A., Bergmann O. Cardiomyocyte renewal in the human heart: insights from the fall-out. European heart journal. 2017;38(30):2333-2342. doi.org/10.1093/eurheartj/ehx343.

11. Johnson J., Mohsin S., Houser S. R. Cardiomyocyte Proliferation as a Source of New Myocyte Development in the Adult Heart. International Journal of Molecular Sciences. 2021;22(15): 7764. doi: 10.3390/ijms22157764.

12. Jonker S.S., Louey S., Giraud G.D., Thornburg K.L, Faber J.J. Timing of cardiomyocyte growth, maturation, and attrition in perinatal sheep. FASEB Journal. 2015;29: 4346– 4357. doi: 10.1096/fj.15-272013.

13. Vagnozzi R. J., Molkentin J. D., Houser S. R. New myocyte formation in the adult heart: endogenous sources and therapeutic implications. Circulation research. 2018; 123 (2): 159-176. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.118.311208.

14. Jonker S.S., Zhang L., Louey S., Giraud G.D., Thornburg K.L., Faber J.J. Myocyte enlargement, differentiation, and proliferation kinetics in the fetal sheep heart. Journal of Applied Physiology. 2007a; 102: 1130–1142. doi.org/10.1152/japplphysiol.00937.2006.

15. Dewing J.M., Saunders V., O'Kelly I., Wilson D.I. Defining cardiac cell populations and relative cellular composition of the early fetal human heart. PLoS One. 2022;17(11):e0259477. doi: 10.1371/journal.pone.0259477.

16. Aguilar-Sanchez C., Michael M., Pennings S. Cardiac stem cells in the postnatal heart: lessons from development. Stem Cells Int. 2018;2018:1247857. doi: 10.1155/2018/1247857.

17. Chingale M., Zhu D., Cheng K., Huang K. Bioengineering Technologies for Cardiac Regenerative Medicine. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2021; 9: 361. doi. org/10.3389/fbioe.2021.681705.

18. Ferreira-Martins J., Ogórek B., Cappetta D., Matsuda A., Signore S., D'amario D., Iaffaldano G. Cardiomyogenesis in the Developing Heart Is Regulated by C-Kit–Positive Cardiac Stem CellsNovelty and Significance. Circulation research. 2012;110(5):701-715. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.259507.

19. Leri A., Kajstura J., Anversa P. Role of cardiac stem cells in cardiac pathophysiology: a paradigm shift in human myocardial biology. Circulation research. 2011;109(8): 941- 961. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.111.243154.

20. Mannino G., Russo C., Maugeri G., Musumeci G., Vicario N., Tibullo D., Lo Furno D. Adult stem cell niches for tissue homeostasis. J Cell Physiol. 2022;237(1):239-257. doi: 10.1002/jcp.30562.

21. Beltrami A.P., Barlucchi L., Torella D., Baker M., Limana F., Chimenti S. Adult cardiac stem cells are multipotent and support myocardial regeneration. Cell. 2003;114:763-76. doi.org/10.1016/S0092-8674(03)00687-1.

22. Leong Y. Y., Ng W. H., Ellison-Hughes G. M., Tan J. J. Cardiac Stem Cells for Myocardial Regeneration: They Are Not Alone. Frontiers in cardiovascular medicine. 2017; 4: 47. doi.org/10.3389/fcvm.2017.00047.

23. Голованова Т. А. Функциональные свойства культивируемых клеток сердца крыс: зрелых кардиомиоцитов, стволовых клеток и клеток-предшественников Автореф. дисс… канд. биол. наук. Санкт-Петербург; 2012.

24. Faa A., Podda E., Fanos V. Stem cell markers in the heart of the human newborn. Journal of Pediatric and Neonatal Individualized Medicine (JPNIM). 2016; 5 (2):e050204. doi. org/10.7363/050204.

25. Малашичева А. Б., Сабирова А. А., Козырев И. А., Головкин А. С., Худяков А. А., Костарева А. А. Сравнительная характеристика стволовых клеток сердца, полученных из миокарда детей и взрослых. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2015;14(3): 52-58.

26. Sano S., Sano T., Ishigami S., Ito T. Cardiac stem cell therapy: Does a newborn infant's heart have infinite potential for stem cell therapy?. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2022; 163(1): 242-247. doi.org/10.1016/j.jtcvs.2020.07.124.

27. Günthel M., Barnett P., Christoffels V. M. Development, proliferation, and growth of the mammalian heart. Molecular Therapy. 2018. 26(7):1599-1609. doi.org/10.1016/j.ymthe.2018.05.022.

28. Xu M. Y., Ye Z. S., Song X. T., Huang R. C. Differences in the cargos and functions of exosomes derived from six cardiac cell types: a systematic review. Stem cell research & therapy. 2019;10(1): 1-11. doi.org/10.1186/s13287-019-1297-7.

29. Garikipati V. N. S., Shoja-Taheri F., Davis M. E., Kishore R. Extracellular Vesicles and the Application of System Biology and Computational Modeling in Cardiac Repair. Circulation research. 2018;123(2):188. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.117.311215.

30. Barile L, Gherghiceanu M, Popescu LM, Moccetti T, Vassalli G. Ultrastructural evidence of exosome secretion by progenitor cells in adult mouse myocardium and adult human cardiospheres. J Biomed Biotechnol. 2012;2012:354605. doi: 10.1155/2012/354605

31. Zheng D., Huo M., Li, B., Wang W., Piao H., Wang Y., Liu, K. The role of exosomes and exosomal microRNA in cardiovascular disease. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2021;1810. doi.org/10.3389/fcell.2020.616161.

32. Vrijsen K. R., Sluijter J. P. G., Schuchardt M. W. L., Van Balkom B. W. M., Noort W. A., Chamuleau S. A. J., Doevendans P. A. F. M. Cardiomyocyte progenitor cell‐derived exosomes stimulate migration of endothelial cells. Journal of cellular and molecular medicine. 2010;14(5):1064-1070. doi: 10.1111/j.1582-4934.2010.01081.x.

33. Vujic A., Natarajan N., Lee R. T. Molecular mechanisms of heart regeneration. Seminars in cell & developmental biology. Academic Press, 2020; 100:20-28. doi: 10.1016/j.semcdb.2019.09.003.

34. Gallet R., Dawkins J., Valle J., Simsolo E., De Couto G., Middleton R., Marbán L. Exosomes secreted by cardiospherederived cells reduce scarring, attenuate adverse remodelling, and improve function in acute and chronic porcine myocardial infarction. European heart journal. 2017;38(3): 201-211. doi. org/10.1093/eurheartj/ehw240.

35. Michel-Behnke I., Pavo I., Recla S., Khalil M., Jux C., Schranz D. Regenerative therapies in young hearts with structural or congenital heart disease. Translational pediatrics. 2019; 8(2):140. doi: 10.21037/tp.2019.03.01.

36. Детские болезни. Под ред. Л.А. Исаевой. М.: Медицина; 1986. 592 с.

37. Кузьменко Ю.Ю., Маликов А.В. Некоторые аспекты морфологических особенностей сердечно-сосудистой системы до и после рождения. Вісник проблем біології і медицини. 2018;1 (143):17-43.

38. Porter G. A., Hom J. R., Hoffman D. L., Quintanilla R. A., de Mesy Bentley K. L., Sheu S. S. Bioenergetics, mitochondria, and cardiac myocyte differentiation. Progress in pediatric cardiology. 2011;31(2):75-81. doi: 10.1016/j.ppedcard.2011.02.002.

39. Yang X., Pabon L., Murry C. E. Engineering adolescence: maturation of human pluripotent stem cell– derived cardiomyocytes. Circulation research. 2014;114(3): 511-523. doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.114.300558.

40. Karbassi E., Fenix A., Marchiano S., Muraoka N., Nakamura K., Yang X., Murry C. E. Cardiomyocyte maturation: advances in knowledge and implications for regenerative medicine. Nature Reviews Cardiology. 2020; 17(6):341-359. doi: 10.1038/s41569-019-0331-х.

41. Payan S. M., Hubert F., Rochais F. Cardiomyocyte proliferation, a target for cardiac regeneration. 2020;1867(3):118461. doi.org/10.1016/j.bbamcr.2019.03.008.

42. Tampakakis E., Mahmoud A. I. The role of hormones and neurons in cardiomyocyte maturation. Seminars in Cell & Developmental Biology. Academic Press.2021;118: 136-143. doi.org/10.1016/j.semcdb.2021.03.026.

43. Никитина Л. В., Копылова Г. В., Щепкин Д. В., Набиев С. Р., Бершицкий С. Ю. Исследование молекулярных механизмов актин-миозинового взаимодействия в сердечной мышце. Успехи биологической химии. 2015; (55):255- 288.

44. Sun Y., Jiang C., Hong H., Liu J., Qiu L., Huang Y., Ye L. Effects of hypoxia on cardiomyocyte proliferation and association with stage of development. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2019;118: 109391. doi.org/10.1016/j.biopha.2019.109391.

45. Ronaldson-Bouchard K., Ma S. P., Yeager K., Chen T., Song L., Sirabella D., unjak-Novakovic G. Advanced maturation of human cardiac tissue grown from pluripotent stem cells. Nature. 2018;556(7700):239. doi: 10.1038/s41586-018-0016-3.

46. Vrancken S. L., van Heijst A. F., de Boode W. P. Neonatal Hemodynamics: From Developmental Physiology to Comprehensive Monitoring. Frontiers in pediatrics. 2018; 6: 87. doi.org/10.3389/fped.2018.00087.

47. MacIver D.H., Stephenson R.S., Jensen B., Agger P., Sánchez-Quintana D., Jarvis J.C., Partridge J.B., Anderson R.H. The end of the unique myocardial band: Part I. Anatomical considerations. Eur J Cardiothorac Surg. 2018;53(1):112-119. doi: 10.1093/ejcts/ezx290.

48. Захарова В. П., Трембовецкая Е. М., Савчук Т. В., Бацак Б.В., , Руденко К.В., Руденко Е.В. Новые аспекты строения миокарда желудочков сердца. Серце и сосуды. 2014; 47(3): 35-43.

49. Trainini J., Lowenstein J., Beraudo M. Myocardial torsion and cardiac fulcrum. Morphologie. 2021;105(348):15. doi.org/10.1016/j.morpho.2020.06.010.

50. Nemes A., Kovács Z., Kormányos Á., Domsik P., Kalapos A., Ajtay Z., Lengyel C. Left ventricular apical rotation is associated with mitral annular function in healthy subjects. Results from the three-dimensional speckle-tracking echocardiographic MAGYAR-Healthy study. Physiology International. 2020;107(1):145-154. doi.org/10.1556/2060.2020.00002.

51. Унашева А.И. Механика левого желудочка у детей и подростков, рождённых доношенными. Автореф. дисс… канд. мед. наук. Томск; 2021.