Szívizom biomarkerek kardiovaszkuláris betegségekben Szívizom biomarkereknek nevezzük azokat az enzimeket és egyéb fehérjéket, amelyek a szívizomsejtekből szabadulnak fel. A szívizom fehérjék diagnosztikus szerepe ma már nem csak az akut miokardiális infarktus megítélésére szorítkozik. Alkalmazásuk egyre nagyobb szerepet kap az akut mellkasi fájdalom differenciál-diagnózisában és a kardiovaszkuláris betegség kockázatának megítélésében. Az akut miokardiális infarktus (AMI) klinikai biokémiai jelei A miokardiális infarktus a szívizomsejtek elhalását jelenti. A miokardiális ischaemia kialakulása után hisztológiai sejthalál minimum 20 perc után, a sejtek komplett nekrózisa minimum 2-4 óra után következik be. European Heart Journal (2012) 33, 2551–2567
Az Európai Kardiológus Társaság 2012. évi definíciója szerint az akut miokardiális infarktus diagnózisa akkor állítható fel, ha: • A kardiális biomarkerek (lehetőleg a troponin) szintjének emelkedése, csökkenése vagy mindkettő kimutatható, • legalább egy érték a referenciahatár felett van (99 percentil felett!), • és az alább felsorolt kritériumokból legalább még egy jelen van: Ischaemiával kapcsolatba hozható tünetek Jellegzetes EKG-eltérések Képalkotó vizsgálattal új miokardium-nekrózis vagy újonnan kialakult kóros falmozgás mutatható ki (www.escardio.org/guidelines)
Az AMI betegek mintegy 50%-a típusos EKG elváltozásokkal kerül felvételre, a típusos EKG jelek alapján a diagnózis biztosan kimondható. Azoknál a betegeknél, akiknél az EKG elváltozások nem egyértelműek, vagy hiányoznak, a biokémiai markereknek döntő szerepük van az AMI diagnózisában, illetve kizárásában. Az AMI csak többszöri (legalább két egymást követő időpontban vett), negatív eredménnyel járó marker vizsgálattal zárható ki. A biomarkerek jellegzetes időbeli emelkedése, majd az azt követő csökkenés, illetve ezek elmaradása biztosítja a helyes diagnózist. A biomarkerek koncentrációjának időbeli változása következtetni enged az infarktus nagyságára és a terápia eredményességére is (14.5. ábra). 14.5. ábra Biomarkerek plazmakoncentrációjának változása AMI esetén
1
A biomarke r koncentrá ciója a referencia tartomán y felső határának hányszor osára emelkedi k
AMI után eltelt idő (napok)
Az ideális szívizom-biomarker tulajdonságai: • • • • • •
Abszolút szívizomspecifikus Specifikus az irreverzibilis sérülésre Korai és stabil release jellemzi Kiszámítható a clearance Komplett release (az elhalás méretének a megítélése) Mérhető a hagyományos metodikákkal
A jelenleg használt ill. elérhető markerek egyike sem optimális a fentiek szempontjából, de specificitásukat, kinetikájukat ismerve jól használhatóak a diagnózis felállításában. Troponin (Tn): A troponinok a vázizomban és a szívizomban található fehérjék. Három alegységből állnak: a TnC a Ca2+ megkötésében játszik szerepet, a TnT a troponint a tropomiozinhoz köti, a TnI az aktinhoz kötődik és nyugalmi állapotban megakadályozza, hogy az aktin és a miozin kapcsolódjon egymással. A troponin C a vázizomban és a szívizomban egyforma, a troponin I és a troponin T azonban eltérő izoformában van jelen a szívizomban és a vázizomban, ezért a kardiális troponin T és I (cTnT és cTnI) szívspecifikus markerek, diagnosztikus és prognosztikus sajátságaik hasonlóak. A jelenleg alkalmazott magas érzékenységű troponin tesztek a mellkasi fájdalom kezdete után 2 órával már emelkedett értéket mutatnak, 12-24 óra után a legmagasabb a troponinszint a vérben és 5-10 nap után tér vissza a referenciatartományba. A kiáramlott fehérje mennyisége korrelációt mutat az infarktus nagyságával. A cTnT kismértékű emelkedése mutatható ki „minor myocardial injury” esetén, amikor az enzimek (CK, GOT, LDH) aktivitása nem változik. Az emelkedés mértéke kisebb, mint AMI esetén, de figyelemfelkeltő és prognosztikus értékű laboratóriumi adat lehet. Fontos biomarker a miokardiális ischaemia pl. AMI és myocarditis diagnózisában, az instabil angina pectoris 2
lefolyásának monitorozásában és a rizikók megítélésében. Instabil anginás betegek egy részénél a CK-MB normál értéket mutat, de troponinértékeik emelkedettek. Ezeknél a betegeknél nagyobb arányban fordult elő kardiális esemény (AMI, halál) a felvételt követő 30 napban. A szívizomspecifikus troponin T és I szenzitívek és specifikusak a szívizom-károsodásra, de az akut miokardiális infarktus mellett emelkedett troponinszint található pl.: szívizomgyulladásban, szepszisben, veseelégtelenségben, tüdőembóliában, aorta disszekcióban és számos más kórképben.
Kreatin-kináz (CK): A kreatin-kináz enzim aktivitása magas a vázizomban, a szívizomban és az agyban. Három izoenzim típusa ismert: a CK-MM az izomra, a CK-BB az agyra, az ún. hibrid forma CK-MB a szívre jellemző. A szívizomban a CK kb. 30%-a CK-MB izoenzim, egészséges vázizomban a CK-MB aránya 1%. Az össz-CK emelkedése a vérben előfordulhat trauma vagy erős fizikai munka következtében is, 2,5 százalék feletti CK-MB arány azonban szívizomkárosodásra utal. A CK-MB először 4-6 órával a tünetek kezdete után jelenik meg, a maximális szint 24 óránál jelentkezik, és 48-72 óra elteltével tér vissza a normális tartományba. Az AMI korai és késői (>72 óra) diagnózisában a vizsgálat értéke limitált, segíthet viszont a reinfarktus felismerésében, amikor átmeneti csökkenés után ismét emelkedő értékeket mutat. (A fehérjekutatás modern módszertana Szerkesztette: Ludány Andrea Medicina Könyvkiadó Zrt Budapest, 2011)
Ha a szívizomsérülés mellett vázizomsérülés is van, a vázizom CK-MB torzítja a CK-MB indexet még akkor is, ha igen csekély a mennyisége a vázizomban. A CK kisebb mennyiségben más szövetekben is jelen van (uterus, prosztata, vékonybél). Ha a troponin vizsgálat nem elérhető, a legjobb alternatíva a CK-MB vizsgálata. Mioglobin: A mioglobin a miokardiális infarktus korai, szenzitív markere. Kis molekulatömege felel a gyors kiáramlási kinetikáért. A mioglobin tipikusan az infarktus kezdetét 2-4 órával követően emelkedik, 6-12 óra után éri el a maximumát, és 24-36 órával később tér vissza a normális értékre. (A fehérjekutatás modern módszertana Szerkesztette: Ludány Andrea Medicina Könyvkiadó Zrt Budapest, 2011)
3
Nem szívizom-specifikus marker, a vázizomban és a szívizomban is megtalálható. Inkább az infarktus kizárására alkalmas, mint annak igazolására! A nagy érzékenységű troponin-tesztek (hsTn) megjelenésével a mioglobin mérése veszített jelentőségéből. Az LDH és GOT/GPT szintek szintén nekrózis indikátorok, de kevéssé specifikusak, viszont emelkedett szintjük tartósabb. Szerepük lehet retrospektív diagnosztikában, esetleg az izomkárosodás mértékének becslésében.
Ischemia módosított albumin (IMA) A legtöbb akut koronária szindrómás betegnél a miokardiális ischemia infarktus nélkül zajlik le. Azok a szívmarkerek, amelyek képesek jelezni az ischemiát, értékes kiegészítői lehetnének a diagnosztikus eljárásnak. Az ischemia ilyen új markere lehet az ischemia módosított albumin (IMA), amely akkor keletkezik, ha a keringő szérum albumin közvetlen kontaktusba kerül az ischemiás szívizommal. Az IMA mérése az albumin kobalt-kötésén alapszik, az ischemia által módosított forma nem képes kötni a kobalt(II)iont. (A fehérjekutatás modern módszertana Szerkesztette: Ludány Andrea Medicina Könyvkiadó Zrt Budapest, 2011)
Az IMA szintje percekkel az ischemia után emelkedik, mintegy 6-12 órán keresztül magas marad, majd 24 óra után normalizálódik. (14.6. ábra) 14.6. ábra Az ischemia módosított albumin plazmakoncentrációjának változása miokardiális ischemia esetén
Drug Metab. Pharmacokinet. 24 (4): 333–341 (2009).Review Ischemia Modified Albumin: A Novel Biomarker for the Detection of Cardiac Ischemia David C. GAZE*
IMA nem csak szívizom ischemia esetén keletkezik, emelkedett szintjét kimutatták egyéb kórállapotokban, pl: agyvérzés, veseelégtelenség, rosszindulatú daganat, májcirrózis.
4
Az akut miokardiális infarktus kezelésének (reperfúzió, fibrinolízis) laboratóriumi ellenőrzése Az AMI kezelésének elsődleges célja a keringés mielőbbi helyreállítása az elzáródott érszakaszban, ami csökkentheti a miokardium károsodását, megmentheti a még nem nekrotizált, ischemiás szívizomszövetet. A maradandó szívizom diszfunkció illetve sejtpusztulás valószínűsége a késlekedéssel együtt nő. (14.7. ábra )
14.7. ábra A reperfúzió mortalitást csökkentő hatása a tünetek kezdete és a reperfúzió között eltelt idő függvényében Kritikus idő-függő szakasz Cél: miokardiális szövet mentése M ort alit ás csö kk en és (%
Idő-független szak Cél: Az infarktussal összefüggő artériák megnyitása
A tünetek jelentkezése és a reperfúziós terápia között eltelt idő (óra)
Gersh BJ, et al. JAMA. 005;293:979-986
Az AMI kezelésében áttörő változást hozott az infarktus kezelés reperfúziós korszaka. A trombolízis, a percutan coronaria intervenció (PCI) és sürgős ortocoronaria bypass graft (CABG) műtétek elterjedésével az AMI prognózisa jóval kedvezőbbé vált. A koszorúér megnyitása azonban nem feltétlenül jár együtt a szöveti perfúzió rendezésével (mikrovaszkuláris obstrukció). A reperfúzió sikerességének megítélésében az EKG változása mellett segítséget nyújthat a biomarkerek vizsgálata is. Ehhez legalább két vérmintára van szükség: a kezelés megkezdése előtt, illetve a kezelés megkezdése után 60 vagy 90 perccel levéve. A troponinok előnye a reperfúzió megítélésében nagyfokú szívizomspecificitásuk és a magas szöveti/keringő troponin grádiens. Sikeres reperfúzió esetén a nekrózismarkerek szintje gyorsan emelkedik a „washing out” effektusnak köszönhetően. Korai reperfúzió esetén a magas troponinérték rövidebb ideig áll fenn, meredekebb a troponinkoncentráció csökkenése. Késői reperfúzió esetén kb. 3 nappal az AMI után újabb troponin emelkedést észlelhetünk, ami ez esetben nem reinfarktust jelez, hanem szintén a „washing out” effektus eredménye. 5
14.8. ábra Szívizom biomarkerek koncentrációjának változása reperfúzió esetén Ref ere nci aért ék töb bsz örö se
Korai reperfúzió
Késői reperfúzió
Reperfúzió nem történt Reperfúzió esetén Reperfúzió nem történt Reperfúzió esetén
Referenciaérték felső határa Tartós elzáródás Óra
A tünetek fellépése óta eltelt idő
Az infarktus kezdete óta eltelt idő napokban
Az AMI diagnózisa után a reinfarktus észlelését is segítik a szívizom biomarkerek. Az Európai Kardiológus Társaság 2012. évi ajánlása ez esetben is a troponinok vizsgálatát javasolja. A szívsebészeti perioperatív AMI diagnosztikájában is a troponinok vizsgálata javasolt, mert a CK-MB egy része a sebészi trauma miatt a vázizomból származik, és ez rontja a specificitást. A kardiális troponinok cut-off értékeit ilyen esetekben jóval magasabban kell megállapítani, mint a nem szívsebészeti betegekben, tekintettel arra, hogy a szíven végzett közvetlen beavatkozás is miokardiális károsodással jár. Percutan coronaria intervenciók (PCI) után a cardialis markerek cut-off értékeit szintén magasabban kell megállapítani, mint azokban a személyekben, akikben ilyen beavatkozás nem történt. (www.escardio.org/guidelines Third universal definition of myocardial infarction) Az Egészségügyi Minisztérium szakmai protokollja Az acut coronaria szindróma (ACS) laboratóriumi diagnosztikája Készítette: Az Orvosi laboratóriumi vizsgálatok Szakmai Kollégiuma
A krónikus szívelégtelenség laboratóriumi diagnosztikája Szívelégtelenség esetén a szív perctérfogata nem elegendő a szövetek vérellátásának biztosításához. Ennek leggyakoribb oka a szív pumpafunkciójának romlása hipertónia, ischemiás szívbetegség vagy miokardiális infarktus miatt. A perctérfogat csökkenése következtében elégtelen a vérnyomás és a perifériás keringés, csökken a vese vérátáramlása, aktiválódik a renin-angiotenzin-aldoszteron rendszer és a vazopresszin képződése, ami nátrium és vízvisszatartást eredményez. A pumpafunkció romlása miatt fokozódik a végdiasztolés nyomás, a vénás oldalon pangás jelentkezik.
6
A krónikus szívelégtelenség hónapok, évek alatt alakul ki, fokozódó fáradékonyság, csökkent terhelhetőség jellemzi. A betegség kialakulásának kezdeti stádiumában tünetei nem specifikusak, gyakran későn kerül felismerésre. Előfordulása 2-3% , mely az életkor előrehaladtával nő, 65 év felett már 8%. A szívizom biomarkerei közül a szívelégtelenség diagnosztikájában jelenleg a natriuretikus peptidek vizsgálatát alkalmazzák. A szívben kétféle natriuretikus peptid termelődik: ANP (atrial natriuretic peptid). BNP (B: brain, mert sertésagyból izolálták először ). 14.9. ábra Az ANP egy 28 aminosavat tartalmazó ciklikus polipeptid. A 17 aminosavból álló gyűrűt központi diszulfid-híd stabilizálja. Ez a gyűrű jellemző más natriuretikus peptidekre is. A gyűrű hidrolízise a peptid biológiai aktivitásának elvesztésével jár. Az ANP analógok nátriumürítő és értágító hatása progresszíven csökken a peptid C-terminális végén elhelyezkedő aminosavak deléciójával. A CNP (C típusú natriuretikus peptid) az érfali endothelsejtekből származik.
Silberbach M, Roberts CT Jr. Natriuretic peptide signalling: molecular and cellular pathways to growth regulation. Cell Signal 2001; 13: 221-31.
Mindkét peptid szekréciójának egyik legfontosabb ingere a megnövekedett falfeszülés. Fiziológiás állapotban az ANP a pitvari szívizomsejtekben termelődik konstitutívan, patológiás állapotokban az ANP szintézise mind a pitvari, mind a kamrai szívizomzatban megemelkedik, amelyek közül az utóbbi a nagyobb mértékű. Ruskoaho H. Atrial natriuretic peptide: synthesis, release, and metabolism. Pharmacol Rev 1992; 44: 479-602.
A BNP szintézise és szekréciója, egészséges állapotban is mindkét szívüreg falában végbemegy, de nagy része a kamrai miokardiumban szintetizálódik. Emelkedett pitvari nyomás- és folyadékterhelés esetén a pitvari BNP szekréció jelentősen hozzájárul a magas plazma BNP szinthez. Ogawa Y, Nakao K, Mukoyama M, Hosoda K, Shirakami G, Arai H, Saito Y, Suga S, Jougasaki M, Imura H. Natriuretic peptides as cardiac hormones in normotensive and spontaneously hypertensive rats. The ventricle is a major site of synthesis and secretion of brain natriuretic peptide. Circ Res 1991; 69: 491-500.
Az ANP és a BNP gátolják a renin-angiotenzin-aldoszteron rendszert, ezáltal csökken a perifériás érellenállás, megnő a nátriumürítés és a 7
vízkiválasztás a vesén keresztül. Mindkét peptid szekréciója fokozódik szívelégtelenség esetén, de az eddigi vizsgálatok szerint a BNP alkalmasabb a kamrafunkció vizsgálatára és a prognózis megítélésére. A BNP prohormon formájában szintetizálódik, a szívizomsejtekből felszabadulva hasítódik. A keringésbe a BNP mellett a prohormon inaktív Nterminális fragmentje (NT-proBNP) is szekretálódik. Mindkét peptidszakasz mérhető a plazmában. Normál érték esetén a szívelégtelenség gyakorlatilag kizárható. Emelkedett értéket azonban más patológiás állapotokban is megfigyeltek. A diagnózis felállítása mellett alkalmazható a prognózis és a terápia hatékonyságának megítélésére. A klinikai laboratóriumokban automatizált immunmódszerekkel határozzák meg az NTproBNP-t . Egyéb javasolt vizsgálatok szívelégtelenség esetén: vérkép (anémia kizárása), albumin (hypalbuminaemia), kreatinin (vesekárosodás), kálium (diuretikum indukálta hipokalémia) Klinikailag indokolt esetekben javasolt vizsgálatok: pajzsmirigyfunkció (hipertireózis), ferritin (hemokromatózis), ELFO (myelomához kapcsolódó amyloidózis), hipertónia endokrin okai
Kardiovaszkuláris rizikófaktorok Eddig több, mint 200 kardiovaszkuláris rizikófaktort azonosítottak. Közülük a legfontosabb, ún. major rizikó faktorok: hiperkoleszterinémia hipertónia dohányzás diabetes mellitus korábbi kardiovaszkuláris betegség korai kardiovaszkuláris megbetegedés a családban férfi nem életkor A rizikófaktorok egy része befolyásolható, de vannak nem befolyásolhatóak is (kor, nem). A fő rizikófaktorok mellett jelentős rizikót hordoznak: 8
túlsúly hiperfibrinogenémia hipertrigliceridémia emelkedett homocisztein szint alacsony HDL-koleszterin szint fizikai aktivitás hiánya Több rizikófaktor együttes jelenléte esetén a rizikófaktorok egymás hatását felerősítik. Azoknál az egyéneknél, akik a populációra jellemző koleszterinkoncentráció alsó ötödébe esnek, a hipertónia kb. duplájára növeli a koronáriabetegség kockázatát, a dohányzás önmagában 1,6-szeres kockázatfokozódást jelent. Ha a hipertónia mellett dohányzik is, a rizikó 3,4szeresére nő. A koronáriabetegség szempontjából rizikócsoportba tartozó egyéneknél különösen fontos a megfelelő táplálkozási szokások és az egészséges életmód betartása, a megfelelő testsúly elérése. Az adott egyénnél diétával vagy gyógyszerrel elérendő lipidkoncentrációk függenek az egyéb rizikófaktorok meglététől. Adott egyénnél a diétával vagy gyógyszerrel elérendő lipidérték függ az egyéb rizikótényezők fennállásától. A rizikófaktorok kutatása során újabban talált faktorok a hiperfibrinogenémia, a magas Lp(a)-koncentráció, emelkedett CRP szint és a magas homociszteinkoncentráció. A homocisztein a metionin metabolizmus terméke. Korábban is ismert volt, hogy a veleszületett homocisztinuriás betegek általában korai vaszkuláris megbetegedésben haláloznak el. Azóta több tanulmányban kimutatták, hogy a homocisztein ennél kisebb mértékű emelkedése is rizikófaktor vaszkuláris megbetegedésekre. A patomechanizmus része lehet az LDL oxidációjának fokozása és a homocisztein direkt toxikus hatása a vaszkuláris endotélsejtekre. A B6-, B 12-vitamin és a folsav kofaktorként működnek közre a homocisztein metabolizmusában, és fokozott asszociációt figyeltek meg a plazma homocisztein-koncentrációja és az alacsony folsavszint között. Felmerült, hogy a folsavpótlás terápiásan is hatékony lehet a vaszkuláris betegségek kialakulásának megelőzésében, de ez még nem bizonyított. C-reaktív protein (CPR): A CRP egy akut fázis fehérje, amely a májban termelődik. A gyulladásos folyamat során a CRP aktiválni képes a komplement rendszert és elősegíti az antigén kötődését a fehérvérsejtek Fc receptoraihoz (opszonizáció). C-Reactive Protein in Human Atherogenesis: Facts and Fiction Oliver Zimmermann Mediators of Inflammation Volume 2014 (2014), Article ID 561428, 6 pages Review Article
Feltételezik a CRP szerepét az ateroszklerotikus plakk patogenezisében és a szubklinikus gyulladás markere is. A standard CRP teszt nem érzékeli a CRP-t a normál tartományon belül, a nagy érzékenységű (highly sensitive) hs-CRP 9
vizsgálat a normál tartományban is méri a CRP mennyiségét. A CRP normál tartományon belüli emelkedett értéke bekerült a kardiovaszkuláris rizikót becslő Reynolds score-ba és szignifikánsan javította a tradicionális rizikófaktorokon alapuló kockázatbecslést.
10
