ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจและการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจ

ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจ (cardiac biomarkers) คือโมเลกุลที่หมุนเวียนอยู่ในกระแสเลือด ซึ่งความเข้มข้นในเลือดจะเพิ่มขึ้นเมื่อหัวใจได้รับบาดเจ็บ มีความเครียด หรือถูกใช้งานหนักเกินไป และเป็นพื้นฐานทางชีวเคมีที่ใช้ในการตรวจจับและจำแนกการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจในห้องปฏิบัติการ บทความนี้จะแนะนำผู้อ่านให้รู้จักกับตัวบ่งชี้หัวใจประเภทหลักๆ สิ่งที่แต่ละตัวสะท้อนทางชีวเคมี และพัฒนาการของวงการนี้ที่เปลี่ยนจากการใช้ตัวบ่งชี้ที่ปล่อยเอนไซม์ไปสู่การตรวจวัดที่มีความไวสูงและจำเพาะเจาะจงต่อโครงสร้างมากขึ้น

Definition

ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจคือโมเลกุลที่สามารถวัดได้ ซึ่งถูกปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดจากเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ (cardiomyocytes) (หรือผลิตขึ้นเพื่อตอบสนองต่อความเครียดของหัวใจ) โดยความเข้มข้นของโมเลกุลเหล่านี้สะท้อนถึงการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจ, ภาวะเนื้อตาย, ความเครียดของผนังหัวใจ หรือกระบวนการที่เกี่ยวข้อง และถูกวัดปริมาณด้วยการตรวจอิมมูโนแอสเซย์ในห้องปฏิบัติการเพื่อจำแนกลักษณะของสภาพหัวใจ

Scope

บทความนี้สำรวจตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจหลักๆ ในฐานะสารวิเคราะห์ทางชีวเคมีคลินิก ได้แก่ โทรโปนินและการตรวจโทรโปนินความไวสูง, สารกลุ่มนาทริยูเรติกเปปไทด์, ตัวบ่งชี้ภาวะเนื้อตายที่ใช้มานานอย่างไมโอโกลบินและครีเอตินไคเนส-เอ็มบี, อัลบูมินที่เปลี่ยนแปลงจากภาวะขาดเลือด (ischemia-modified albumin) และดี-ไดเมอร์ในฐานะตัวบ่งชี้การแข็งตัวของเลือดที่เกี่ยวข้องกับภาวะหัวใจและหลอดเลือดเฉียบพลัน บทความนี้จัดกลุ่มตัวบ่งชี้เหล่านี้ตามต้นกำเนิดโมเลกุล, จลนพลศาสตร์การหลั่ง และประสิทธิภาพการวิเคราะห์ มากกว่าที่จะจัดตามอัลกอริทึมการวินิจฉัย และพิจารณาการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจผ่านมุมมองของคำจำกัดความสากลของกล้ามเนื้อหัวใจตาย (Universal Definition of Myocardial Infarction) ซึ่งกำหนดให้การเพิ่มขึ้นของโทรโปนินเป็นศูนย์กลางของคำจำกัดความทางชีวเคมี

Sub-topics

• บี-ไทป์ เนตริยูเรติก เปปไทด์ (BNP) และ NT-proBNP
• Cardiac Troponins and High-Sensitivity Assays
• D-ไดเมอร์และผลิตภัณฑ์จากการสลายไฟบริน
• อัลบูมินที่ถูกปรับเปลี่ยนจากภาวะขาดเลือด
• ไมโอโกลบินและครีเอตีนไคเนส-เอ็มบี

Core questions

• เหตุการณ์ระดับโมเลกุลใดที่ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจแต่ละตัวรายงานจริงๆ — ภาวะเนื้อตาย, ความเครียดของผนังหัวใจ, ภาวะขาดเลือด หรือการกระตุ้นการแข็งตัวของเลือด?
• จลนพลศาสตร์การหลั่ง (การเพิ่มขึ้น, จุดสูงสุด, และการกำจัด) กำหนดช่วงเวลาการวิเคราะห์ที่ตัวบ่งชี้ให้ข้อมูลได้อย่างไร?
• คำว่า 'ความไวสูง' หมายถึงอะไรในเชิงการวิเคราะห์ และมันเปลี่ยนแปลงการตีความการเพิ่มขึ้นของโทรโปนินในระดับต่ำได้อย่างไร?
• การบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจถูกนิยามทางชีวเคมีอย่างไร และแตกต่างจากกล้ามเนื้อหัวใจตายอย่างไร?
• ปัจจัยที่ไม่ใช่หัวใจและปัจจัยก่อนการวิเคราะห์ใดบ้างที่ส่งผลต่อความเข้มข้นของตัวบ่งชี้ทางชีวภาพและขีดจำกัดอ้างอิงของพวกมัน?

Key concepts

• การบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจเทียบกับกล้ามเนื้อหัวใจตาย
• ขีดจำกัดอ้างอิงบนเปอร์เซ็นไทล์ที่ 99
• จลนพลศาสตร์การหลั่งและช่วงเวลาการวินิจฉัย
• ความไวในการวิเคราะห์และความไม่แม่นยำของการตรวจวัด (CV ที่ URL)
• ความจำเพาะของตัวบ่งชี้ต่อเนื้อเยื่อหัวใจ
• ตัวบ่งชี้ความเครียดของผนังหัวใจเทียบกับตัวบ่งชี้ภาวะเนื้อตาย
• การเก็บตัวอย่างแบบอนุกรมและแนวคิดการเปลี่ยนแปลง (delta)
• ความแปรปรวนก่อนการวิเคราะห์และทางชีวภาพ

Mechanisms

ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจรายงานเหตุการณ์ทางชีวภาพที่แตกต่างกัน ตัวบ่งชี้ภาวะเนื้อตาย (โทรโปนินหัวใจ, ครีเอตินไคเนส-เอ็มบี, ไมโอโกลบิน) จะรั่วไหลออกจากเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเมื่อความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์เสียหาย โทรโปนินซึ่งเป็นโปรตีนโครงสร้างของกลไกการหดตัวที่จำเพาะเจาะจงต่อหัวใจเป็นส่วนใหญ่ จะรวมเอาความจำเพาะต่อหัวใจสูงเข้ากับการหลั่งที่คงอยู่ ในขณะที่ไมโอโกลบินและ CK-MB จะปรากฏและถูกกำจัดออกเร็วกว่าและมีความจำเพาะน้อยกว่า ตัวบ่งชี้ความเครียดของผนังหัวใจ — บี-ไทป์ นาทริยูเรติก เปปไทด์ (B-type natriuretic peptide) และชิ้นส่วนโปรฮอร์โมนเอ็น-เทอร์มินัล (N-terminal prohormone fragment) — ถูกสังเคราะห์และหลั่งโดยเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเพื่อตอบสนองต่อการยืดตัวและความดันในโพรงหัวใจ ดังนั้นจึงเป็นดัชนีของความเครียดทางฮีโมไดนามิกมากกว่าการตายของเซลล์ อัลบูมินที่เปลี่ยนแปลงจากภาวะขาดเลือดสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของอัลบูมินภายใต้สภาวะขาดเลือด และดี-ไดเมอร์บ่งชี้ถึงการกระตุ้นการแข็งตัวของเลือดและการสลายลิ่มเลือด การเปลี่ยนไปใช้การตรวจโทรโปนินความไวสูงช่วยลดขีดจำกัดการตรวจจับได้มากพอที่จะวัดปริมาณโทรโปนินในบุคคลที่มีสุขภาพดีส่วนใหญ่ ทำให้คำจำกัดความของการบาดเจ็บมีความคมชัดขึ้นรอบๆ ขีดจำกัดอ้างอิงเปอร์เซ็นไทล์ที่ 99 และการเปลี่ยนแปลงแบบอนุกรม

Clinical relevance

ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจเป็นพื้นฐานในการรับรู้และอธิบายการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจในเวชศาสตร์ห้องปฏิบัติการ และการทำความเข้าใจว่าตัวบ่งชี้แต่ละตัวสะท้อนอะไรเป็นส่วนหนึ่งของการตีความผลการตรวจหัวใจอย่างมีวิจารณญาณ บทความนี้เป็นแนวทางอ้างอิงสำหรับสารวิเคราะห์และชีววิทยาของสารเหล่านั้น โดยอธิบายว่าหลักฐานทางชีวเคมีของการบาดเจ็บของหัวใจเกิดขึ้นได้อย่างไร และไม่ใช่แหล่งข้อมูลสำหรับเกณฑ์การวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาสำหรับผู้ป่วยแต่ละราย

Epidemiology

กลุ่มอาการหลอดเลือดหัวใจเฉียบพลันและภาวะหัวใจล้มเหลวเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการประเมินภาวะหัวใจและหลอดเลือดเฉียบพลันทั่วโลก และตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจเป็นหนึ่งในการตรวจทางห้องปฏิบัติการที่สั่งบ่อยที่สุดในแผนกฉุกเฉินและหอผู้ป่วยโรคหัวใจ กรอบการทำงานของคำจำกัดความสากลของกล้ามเนื้อหัวใจตายได้ทำให้การรายงานการบาดเจ็บที่เกิดจากโทรโปนินเป็นมาตรฐานในระบบสุขภาพต่างๆ อย่างต่อเนื่อง

Evidence & guidelines

คำจำกัดความสากลของกล้ามเนื้อหัวใจตายฉบับที่สี่ (Thygesen et al., 2018) กำหนดกรอบฉันทามติที่วางโทรโปนินที่สูงกว่าขีดจำกัดอ้างอิงเปอร์เซ็นไทล์ที่ 99 ไว้เป็นศูนย์กลางของคำจำกัดความทางชีวเคมีของการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจและกล้ามเนื้อหัวใจตาย แนวทางของสมาคมโรคหัวใจแห่งยุโรปเกี่ยวกับกลุ่มอาการหลอดเลือดหัวใจเฉียบพลันที่ไม่มี ST-elevation (Roffi et al., 2015) และบทวิจารณ์เกี่ยวกับตัวบ่งชี้ทางชีวภาพในภาวะหัวใจล้มเหลว (Braunwald, 2008) อธิบายว่าตัวบ่งชี้หลักๆ ถูกจัดวางอย่างไรในการประเมินภาวะหัวใจและหลอดเลือด

History

การตรวจจับการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจทางชีวเคมีเริ่มต้นด้วยเอนไซม์ที่ไม่จำเพาะเจาะจง เช่น แอสปาร์เตตอะมิโนทรานสเฟอเรส (aspartate aminotransferase) และแลคเตตดีไฮโดรจีเนส (lactate dehydrogenase) พัฒนาไปสู่ครีเอตินไคเนส-เอ็มบี (creatine kinase-MB) ที่จำเพาะต่อหัวใจมากขึ้น และได้รับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ด้วยการนำการตรวจโทรโปนินหัวใจมาใช้ในช่วงทศวรรษ 1990 ซึ่งให้ความจำเพาะต่อหัวใจที่สูงกว่ามาก เอกสารคำจำกัดความสากลของกล้ามเนื้อหัวใจตายฉบับต่อๆ มาได้ทำให้บทบาทสำคัญของโทรโปนินเป็นทางการ และการตรวจวัดความไวสูงในช่วงทศวรรษ 2010 ได้ปรับปรุงความละเอียดในการวัดการบาดเจ็บให้ดียิ่งขึ้น

Debates

ขอบเขตระหว่างโทรโปนินทางสรีรวิทยาและทางพยาธิวิทยาควรอยู่ที่ใด?

การตรวจวัดความไวสูงสามารถตรวจพบโทรโปนินในคนที่มีสุขภาพดีส่วนใหญ่ ดังนั้นการแยกความแตกต่างระหว่างการเพิ่มขึ้นในระดับต่ำเรื้อรังกับการบาดเจ็บเฉียบพลันจึงขึ้นอยู่กับขีดจำกัดเปอร์เซ็นไทล์ที่ 99 และการเปลี่ยนแปลงแบบอนุกรม มากกว่าการใช้ค่าตัดเดียวที่เป็นบวก/ลบ และการตีความการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยยังคงเป็นประเด็นที่ถกเถียงกันอย่างต่อเนื่องในเชิงระเบียบวิธี

Key figures

• Kristian Thygesen
• Allan S. Jaffe
• Eugene Braunwald
• Fred S. Apple

Seminal works

• thygesen-2019
• braunwald-2008
• apple-2003

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจที่บ่งชี้ภาวะเนื้อตายกับตัวที่บ่งชี้ความเครียดของผนังหัวใจคืออะไร?

ตัวบ่งชี้ภาวะเนื้อตาย เช่น โทรโปนินและ CK-MB จะรั่วไหลออกจากเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเมื่อเซลล์เสียหาย ดังนั้นจึงบ่งชี้ถึงการบาดเจ็บของเซลล์ ส่วนตัวบ่งชี้ความเครียดของผนังหัวใจ เช่น BNP และ NT-proBNP จะถูกหลั่งออกมาอย่างแข็งขันเพื่อตอบสนองต่อการยืดตัวของโพรงหัวใจ ดังนั้นจึงบ่งชี้ถึงความเครียดทางฮีโมไดนามิกมากกว่าการตายของเซลล์

เหตุใดโทรโปนินจึงถือเป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพหัวใจที่สำคัญที่สุด?

โทรโปนินเป็นโปรตีนโครงสร้างที่จำเพาะต่อกล้ามเนื้อหัวใจเป็นส่วนใหญ่ และการตรวจวัดความไวสูงที่ทันสมัยสามารถวัดได้อย่างแม่นยำที่ความเข้มข้นต่ำมาก ซึ่งเป็นเหตุผลที่คำจำกัดความสากลของกล้ามเนื้อหัวใจตายกำหนดให้โทรโปนินที่สูงกว่าขีดจำกัดอ้างอิงเปอร์เซ็นไทล์ที่ 99 เป็นศูนย์กลางของคำจำกัดความทางชีวเคมีของการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อหัวใจ