Тропонин: структура, функции и роль в диагностике повреждений миокарда.

Введение

Комплекс белков тропонин, или тропонинский комплекс, представляет собой комплекс из трех регуляторных белков (тропонин C, тропонин I и тропонин T), необходимых для мышечного сокращения в скелетной и сердечной мышце, но не в гладкой мышце. Измерение сердечно-специфических тропонинов I и T широко используется в качестве диагностического и прогностического показателя при ведении пациентов с инфарктом миокарда и острым коронарным синдромом. Уровень тропонина в крови может использоваться как диагностический маркер инсульта или других продолжающихся повреждений миокарда, хотя чувствительность этого измерения невысока.

Функция

Тропонин прикреплен к белку тропомиозину и расположен в углублении между актиновыми нитями в мышечной ткани. В расслабленной мышце тропомиозин блокирует место прикрепления для миозинового мостика, тем самым предотвращая сокращение. Когда мышечная клетка стимулируется к сокращению потенциалом действия, кальциевые каналы открываются в саркоплазматической мембране и высвобождают кальций в саркоплазму. Часть этого кальция связывается с тропонином, что вызывает изменение его формы и обнажает участки связывания для миозина (активные центры) на актиновых нитях. Связывание миозина с актином приводит к образованию перекрестных мостиков и началу сокращения мышцы. Тропонин содержится как в скелетной, так и в сердечной мышце, но конкретные варианты тропонина различаются в зависимости от типа мышцы. Основное различие заключается в том, что субъединица TnC тропонина в скелетной мышце имеет четыре сайта связывания ионов кальция, в то время как в сердечной мышце их только три. Точное количество кальция, связывающегося с тропонином, окончательно не установлено.

Подединицы

TnT — это субъединица, связывающая тропомиозин, которая регулирует взаимодействие тропонинового комплекса с тонкими филаментами; TnI ингибирует АТФ-азную активность актомиозина; TnC — это субъединица, связывающая Ca2+, играющая основную роль в Ca2+-зависимой регуляции мышечного сокращения. TnT и TnI в сердечной мышце представлены формами, отличными от таковых в скелетных мышцах. В ткани скелетных мышц человека экспрессируются две изоформы TnI и две изоформы TnT (skTnI и skTnT). Для ткани сердечной мышцы описана только одна тканеспецифическая изоформа TnI (cTnI), в то время как в литературе описано существование нескольких кардиоспецифических изоформ TnT (cTnT). Кардиоспецифические изоформы TnC для человека не известны. TnC в ткани сердечной мышцы человека представлен изоформой, типичной для медленных скелетных мышц. Другая форма TnC, изоформа быстрого скелетного TnC, более типична для быстрых скелетных мышц. cTnI экспрессируется только в миокарде. Нет известных примеров экспрессии cTnI в здоровой или поврежденной скелетной мышце или в других типах тканей. cTnT, вероятно, менее кардиоспецифичен. Описана экспрессия cTnT в скелетной ткани пациентов с хроническими повреждениями скелетных мышц. Внутри сердечного тропонинового комплекса наиболее сильное взаимодействие между молекулами продемонстрировано для бинарного комплекса cTnI–TnC, особенно в присутствии Ca2+ (KA = 1,5 × 10−8 M−1). TnC, образуя комплекс с cTnI, изменяет конформацию молекулы cTnI и защищает часть ее поверхности. Согласно последним данным, cTnI высвобождается в кровоток пациента в виде бинарного комплекса с TnC или третичного комплекса с cTnT и TnC. Формирование комплекса cTnI–TnC играет важную положительную роль в повышении стабильности молекулы cTnI. cTnI, который чрезвычайно нестабилен в свободной форме, демонстрирует значительно лучшую стабильность в комплексе с TnC или в третичном комплексе cTnI–cTnT–TnC. Показано, что стабильность cTnI в нативном комплексе значительно выше, чем у очищенной формы белка или стабильность cTnI в искусственных тропониновых комплексах, собранных из очищенных белков.

TnT is a tropomyosin binding subunit which regulates the interaction of troponin complex with thin filaments; TnI inhibits ATP ase activity of acto myosin; TnC is a Ca2+ binding subunit, playing the main role in Ca2+ dependent regulation of muscle contraction. TnT and TnI in cardiac muscle are presented by forms different from those in skeletal muscles. Two isoforms of TnI and two isoforms of TnT are expressed in human skeletal muscle tissue (skTnI and skTnT). Only one tissue specific isoform of TnI is described for cardiac muscle tissue (cTnI), whereas the existence of several cardiac specific isoforms of TnT (cTnT) are described in the literature. No cardiac specific isoforms are known for human TnC. TnC in human cardiac muscle tissue is presented by an isoform typical for slow skeletal muscle. Another form of TnC, the fast skeletal TnC isoform, is more typical for fast skeletal muscles. cTnI is expressed only in myocardium. No examples of cTnI expression in healthy or injured skeletal muscle or in other tissue types are known. cTnT is probably less cardiac specific. The expression of cTnT in skeletal tissue of patients with chronic skeletal muscle injuries has been described. Inside the cardiac troponin complex the strongest interaction between molecules has been demonstrated for cTnI – TnC binary complex especially in the presence of Ca2+ ( KA = 1.510−8 M−1). TnC, forming a complex with cTnI, changes the conformation of cTnI molecule and shields part of its surface. According to the latest data cTnI is released in the blood stream of the patient in the form of binary complex with TnC or ternary complex with cTnT and TnC. cTnI TnC complex formation plays an important positive role in improving the stability of cTnI molecule. cTnI, which is extremely unstable in its free form, demonstrates significantly better stability in complex with TnC or in ternary cTnI cTnT TnC complex. It has been demonstrated that stability of cTnI in native complex is significantly better than stability of the purified form of the protein or the stability of cTnI in artificial troponin complexes combined from purified proteins.

Сердечные заболевания

Подтипы тропонина (сердечный I и T) являются чувствительными и специфичными маркерами повреждения сердечной мышцы (миокарда). Их уровень измеряют в крови для дифференциальной диагностики нестабильной стенокардии и инфаркта миокарда (сердечного приступа) у пациентов с болью в груди или острым коронарным синдромом. У человека, перенесшего инфаркт миокарда, наблюдаются участки поврежденной сердечной мышцы и повышенный уровень сердечного тропонина в крови. Это также может происходить при коронарном вазоспазме – типе инфаркта миокарда, характеризующемся выраженным сужением коронарных сосудов. После инфаркта миокарда уровень тропонинов может оставаться повышенным до 2 недель. Сердечные тропонины являются маркером любого повреждения сердечной мышцы, а не только инфаркта миокарда, который представляет собой наиболее тяжелую форму сердечного заболевания. Однако в настоящее время ВОЗ установила диагностические критерии для повышения тропонина, указывающего на инфаркт миокарда, на уровне 2 мкг/л и выше. Важны также критические уровни других сердечных биомаркеров, таких как креатинкиназа. Другие состояния, приводящие к прямому или косвенному повреждению сердечной мышцы и смерти, также могут повышать уровень тропонина, например, почечная недостаточность. Выраженная тахикардия (например, при суправентрикулярной тахикардии) у пациента с нормальными коронарными артериями также может приводить к повышению уровня тропонинов, предположительно из-за увеличения потребности миокарда в кислороде и недостаточного его обеспечения. Установка коронарного стента также может вызвать немедленное повышение уровня тропонина в сыворотке крови после процедуры. Это может быть проблематично в клинической практике, поскольку значения тропонина и руководящие протоколы требуют более вдумчивой интерпретации, что затрудняет использование повышения тропонина в диагностических целях у данной группы пациентов. После стентирования и сопутствующих процедур ЧКВ уровень тропонина возвращается к нормальным значениям после "приживления" стента и прекращения локального воспаления сердечной мышцы. У пациентов с нетяжелым бессимптомным стенозом аортального клапана и отсутствием выраженной болезни коронарных артерий повышение уровня тропонина T (выше 14 пг/мл) было связано с увеличением частоты исшемических сердечных событий (инфаркт миокарда, чрескожное коронарное вмешательство или аортокоронарное шунтирование) в течение 5 лет. У пациентов с сердечной недостаточностью также наблюдается повышение уровня тропонинов, которое предсказывает смертность и нарушения ритма желудочков. Их уровень может повышаться при воспалительных заболеваниях, таких как миокардит и перикардит с вовлечением сердечной мышцы (в этом случае состояние называется миоперикардитом). Тропонины также могут указывать на различные формы кардиомиопатии, такие как дилатационная кардиомиопатия, гипертрофическая кардиомиопатия или гипертрофия (левого) желудочка, перипартальная кардиомиопатия, кардиомиопатия Такоцубо или инфильтративные заболевания, такие как амилоидный кардиоз. Повреждение сердца с повышением уровня тропонинов также наблюдается при контузии сердца, дефибрилляции и внутренней или внешней кардиоверсии. Тропонины часто повышаются при различных процедурах, таких как кардиохирургия и трансплантация сердца, закрытие дефектов межпредсердной перегородки, чрескожное коронарное вмешательство или радиочастотная абляция.

Subtypes of troponin (cardiac I and T) are sensitive and specific indicators of heart muscle damage (myocardium). They are measured in the blood to differentiate between unstable angina and myocardial infarction (heart attack) in people with chest pain or acute coronary syndrome. A person who recently had a myocardial infarction has areas of damaged heart muscle and elevated cardiac troponin levels in the blood. This can also occur in people with coronary vasospasm, a type of myocardial infarction involving severe constriction of the cardiac blood vessels. After a myocardial infarction troponins may remain high for up to 2 weeks. Cardiac troponins are a marker of all heart muscle damage, not just myocardial infarction, which is the most severe form of heart disorder. However, diagnostic criteria for raised troponin indicating myocardial infarction is currently set by the WHO at a threshold of 2 μg or higher. Critical levels of other cardiac biomarkers are also relevant, such as creatine kinase. Other conditions that directly or indirectly lead to heart muscle damage and death can also increase troponin levels, such as kidney failure. Severe tachycardia (for example due to supraventricular tachycardia) in an individual with normal coronary arteries can also lead to increased troponins for example, it is presumed due to increased oxygen demand and inadequate supply to the heart muscle. Coronary artery stent placement can also cause immediate post procedure elevated serum troponin levels. This can be problematic in a clinical setting as troponin values and guidance protocols become subject to more thoughtful interpretation. Essentially, making it difficult for a clinician to use troponin elevation diagnostically in this patient group. After stenting and related PCI procedures, troponin levels do return to standard levels once the stent has 'settled' and is no longer causing localized cardiac muscle inflammation. In patients with non severe asymptomatic aortic valve stenosis and no overt coronary artery disease, the increased troponin T (above 14 pg/mL) was found associated with an increased 5 year event rate of ischemic cardiac events (myocardial infarction, percutaneous coronary intervention, or coronary artery bypass surgery). Troponins are also increased in patients with heart failure, where they also predict mortality and ventricular rhythm abnormalities. They can rise in inflammatory conditions such as myocarditis and pericarditis with heart muscle involvement (which is then termed myopericarditis). Troponins can also indicate several forms of cardiomyopathy, such as dilated cardiomyopathy, hypertrophic cardiomyopathy or (left) ventricular hypertrophy, peripartum cardiomyopathy, Takotsubo cardiomyopathy, or infiltrative disorders such as cardiac amyloidosis. Heart injury with increased troponins also occurs in cardiac contusion, defibrillation and internal or external cardioversion. Troponins are commonly increased in several procedures such as cardiac surgery and heart transplantation, closure of atrial septal defects, percutaneous coronary intervention, or radiofrequency ablation.

Некардиальные заболевания

Различие между сердечными и несердечными состояниями несколько искусственно; состояния, перечисленные ниже, не являются первичными заболеваниями сердца, но оказывают косвенное воздействие на сердечную мышцу. Тропонины повышены примерно у 40% пациентов с критическими состояниями, такими как сепсис. У этих пациентов повышен риск смертности и увеличена продолжительность пребывания в отделении интенсивной терапии. При тяжелых желудочно-кишечных кровотечениях также может возникать несоответствие между потребностью миокарда в кислороде и его доставкой. Химиотерапевтические препараты могут оказывать токсическое воздействие на сердце (например, антрациклины, циклофосфамид, 5-фторурацил и цисплатин). Некоторые токсины и яды также могут приводить к повреждению сердечной мышцы (яд скорпиона, змеиный яд, яд медуз и сколопендр). Отравление угарным газом или цианидами также может сопровождаться высвобождением тропонинов из-за гипоксического кардиотоксического эффекта. Повреждение сердца наблюдается примерно в трети случаев тяжелого отравления угарным газом, и скрининг на тропонины целесообразен для этих пациентов. При первичной легочной гипертензии, тромбоэмболии легочной артерии и острых обострениях хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) перегрузка правого желудочка приводит к увеличению напряжения стенки и может вызывать ишемию. Разумеется, у пациентов с обострениями ХОБЛ может одновременно возникать инфаркт миокарда или тромбоэмболия легочной артерии, поэтому необходимо с осторожностью интерпретировать повышенные уровни тропонина в контексте ХОБЛ. У пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности может наблюдаться хронически повышенный уровень тропонина T, что связано с худшим прогнозом. Тропонин I реже дает ложноположительные результаты. Высокие уровни тропонина T также были зарегистрированы у пациентов с воспалительными заболеваниями мышц, такими как полимиозит или дерматомиозит. Тропонины также повышаются при рабдомиолизе. При гипертензивных расстройствах беременности, таких как преэклампсия, повышенные уровни тропонина указывают на определенную степень повреждения миофибрилл. Сердечные тропонины T и I могут использоваться для мониторинга токсичности кардиомиоцитов, вызванной лекарственными препаратами и токсинами. В 2020 году было установлено, что у пациентов с тяжелой формой COVID-19 уровень тропонина I был выше, чем у пациентов с менее тяжелым течением заболевания.

The distinction between cardiac and non cardiac conditions is somewhat artificial; the conditions listed below are not primary heart diseases, but they exert indirect effects on the heart muscle. Troponins are increased in around 40% of patients with critical illnesses such as sepsis. There is an increased risk of mortality and length of stay in the intensive care unit in these patients. In severe gastrointestinal bleeding, there can also be a mismatch between oxygen demand and supply of the myocardium. Chemotherapy agents can exert toxic effects on the heart (examples include anthracycline, cyclophosphamide, 5 fluorouracil, and cisplatin). Several toxins and venoms can also lead to heart muscle injury (scorpion venom, snake venom, and venom from jellyfish and centipedes). Carbon monoxide poisoning or cyanide poisoning can also be accompanied by the release of troponins due to hypoxic cardiotoxic effects. Cardiac injury occurs in about one third of severe CO poisoning cases, and troponin screening is appropriate in these patients. In both primary pulmonary hypertension, pulmonary embolism, and acute exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), right ventricular strain results in increased wall tension and may cause ischemia. Of course, patients with COPD exacerbations might also have concurrent myocardial infarction or pulmonary embolism, so care has to be taken to attribute increased troponin levels to COPD. People with end stage kidney disease can have chronically elevated troponin T levels, which are linked to a poorer prognosis. Troponin I is less likely to be falsely elevated. High troponin T levels have also been reported in patients with inflammatory muscle diseases such as polymyositis or dermatomyositis. Troponins are also increased in rhabdomyolysis. In hypertensive disorders of pregnancy such as preeclampsia, elevated troponin levels indicate some degree of myofibrillary damage. Cardiac troponin T and I can be used to monitor drug and toxin induced cardiomyocyte toxicity. In 2020, it was found that patients with severe COVID 19 had higher troponin I levels compared to those with milder disease.

Прогнозирующее использование

Повышенные уровни тропонина имеют прогностическое значение при многих состояниях, для диагностики которых они используются. В популяционном исследовании, подчеркивающем важность бессимптомного повреждения сердца, было показано, что тропонин I предсказывает смертность и первое сердечно-сосудистое событие у мужчин без сердечно-сосудистых заболеваний на исходном уровне. У пациентов после инсульта повышенный уровень тропонина в крови не является полезным маркером для диагностики этого состояния. Изначально cTnT использовались в качестве маркеров гибели кардиомиоцитов. В настоящее время оба белка широко применяются для диагностики острого инфаркта миокарда (АИМ), нестабильной стенокардии, травмы миокарда после хирургического вмешательства и некоторых других заболеваний, связанных с повреждением сердечной мышцы. Оба маркера могут быть обнаружены в крови пациента через 3–6 часов после начала боли в груди, достигая пикового уровня в течение 16–30 часов. Повышенная концентрация cTnI и cTnT в образцах крови может быть обнаружена даже через 5–8 дней после начала симптомов, что делает оба белка полезными также для поздней диагностики АИМ.

Обнаружение

Сердечный тропонин T и I измеряется методами иммуноанализа. В связи с патентными ограничениями, только одна компания (Roche Diagnostics) распространяет cTnT. Множество диагностических компаний предлагают методы иммуноанализа cTnI на различных иммуноанализаторах. Повышение уровня тропонина после некроза кардиомиоцитов начинается через 2–3 часа, достигает пика примерно через 24 часа и сохраняется в течение 1–2 недель.