Possible pathophysiological mechanisms of cardiac troponin level elevations in blood serum and urine in arterial hypertension

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The review aimed to discuss and detail the main mechanisms of myocardial cell injury and increased concentrations of cardiac specific troponin isoforms (cTnI and cTnT) in blood serum and urine in hypertension. The search and analysis of foreign and domestic literature were carried out using the MedLine, EMBASE, Scopus and eLibrary databases to achieve this goal. According to recent experimental and clinical researches using high and ultra-sensitive methods for determining cTnI and cTnT, cardiomyocytes are extremely sensitive to many damaging factors in a number of physiological and pathological conditions. The serum concentrations of cTnI and cTnT can increase at the earliest stages of cardiovascular diseases (for example, in prehypertension, latent forms of coronary heart disease, arterial hypertension) and are important for predicting subsequent complications in the form of acute and life-threatening cardiovascular diseases (myocardial infarction, stroke, heart failure, and others). Moreover, troponin molecules can be detected not only in blood serum but also in non-invasively obtained biological fluids, including urine and oral fluid, which in the future can be used as new methods for the non-invasive diagnosis of many cardiovascular diseases. Although elevated levels of cTnI and cTnT in blood serum and urine in hypertension have a fairly high diagnostic and prognostic value, the pathophysiological mechanisms of cardiac troponins level elevations in human biological fluids in this pathological condition remain unclear.

About the authors

Akeksey M. Chaulin

Samara State Medical University; Samara Regional Cardiology Dispensary

Author for correspondence.
Email: alekseymichailovich22976@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2712-0227
SPIN-code: 1107-0875
Scopus Author ID: 6506421183
ResearcherId: https://publons.com/researcher/1773952/aleksey-chaulin/
https://www.researchgate.net/profile/Aleksey-Chaulin

M.D.., PhD Stud., Assistant, Depart. of Histology and Embryology; doctor

Russian Federation, Samara, Russia; Samara, Russia

References

  1. Chaulin AM, Karslyan LS, Duplyakov DV. Non-coronarogenic causes of increased cardiac troponins in clinical practice. Klinicheskaya praktika. 2019;10(4):81–93. (In Russ.) doi: 10.17816/clinpract16309.
  2. Chaulin AM, Abashina OE, Duplyakov DV. High-sensitivity cardiac troponins: detection and central analytical characteristics. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2021;20(2):2590. (In Russ.) doi: 10.15829/1728-8800-2021-2590.
  3. Gomes AV, Potter JD, Szczesna-Cordary D. The role of troponins in muscle contraction. IUBMB Life. 2002;54(6):323–333. doi: 10.1080/15216540216037.
  4. Clippinger SR, Cloonan PE, Wang W, Greenberg L, Stump WT, Angsutararux P, Nerbonne JM, Greenberg MJ. Mechanical dysfunction of the sarcomere induced by a pathogenic mutation in troponin T drives cellular adaptation. J Gen Physiol. 2021;153(5):e202012787. doi: 10.1085/jgp.202012787.
  5. Na I, Kong MJ, Straight S, Pinto JR, Uversky VN. Troponins, intrinsic disorder, and cardiomyopathy. Biol Chem. 2016;397(8):731–751. doi: 10.1515/hsz-2015-0303.
  6. Duplyakov DV, Chaulin AM. Mutations of heart troponines, associated with cardiomyopathies. Kardiologiya: novosti, mneniya, obuchenie. 2019;7(3):8–17. (In Russ.) doi: 10.24411/2309-1908-2019-13001.
  7. Chaulin AM. Elevation mechanisms and diagnostic consideration of cardiac troponins under conditions not associated with myocardial infarction. Part 1. Life (Basel). 2021;11(9):914. doi: 10.3390/life11090914.
  8. Chaulin AM, Karslyan LS, Bazyuk EV, Nurbaltaeva DA, Duplyakov DV. Clinical and diagnostic value of cardiac markers in human biological fluids. Kardiologiia. 2019;59(11):66–75. (In Russ.) doi: 10.18087/cardio.2019.11.n414.
  9. Chaulin AM, Karslyan LS, Grigorieva EV, Nurbaltaeva DA, Duplyakov DV. Metabolism of cardiac troponins (literature review). Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2019;8(4):103–115. (In Russ.) doi: 10.17802/2306-1278-2019-8-4-103-115.
  10. Cummins B, Auckland ML, Cummins P. Cardiac-specific troponin-I radioimmunoassay in the diagnosis of acute myocardial infarction. Am Heart J. 1987;113(6):1333–1344. doi: 10.1016/0002-8703(87)90645-4.
  11. Katus HA, Looser S, Hallermayer K, Remppis A, Scheffold T, Borgya A, Essig U, Geuss U. Development and in vitro characterization of a new immunoassay of cardiac troponin T. Clin Chem. 1992;38(3):386–393. PMID: 1547556.
  12. Collinson PO, Boa FG, Gaze DC. Measurement of cardiac troponins. Ann Clin Biochem. 2001;38(5):423–449. doi: 10.1177/000456320103800501.
  13. Hossein-Nia M, Nisbet J, Merton GK, Holt DW. Spurious rises of cardiac troponin T. Lancet. 1995;346(8989):1558. doi: 10.1016/s0140-6736(95)92087-0.
  14. Löfberg M, Tähtelä R, Härkönen M, Somer H. Cardiac troponins in severe rhabdomyolysis. Clin Chem. 1996;42(7):1120–1121.
  15. Benoist JF, Cosson C, Mimoz O, Edouard A. Serum cardiac troponin I, creatine kinase (CK), and ­CK-MB in early posttraumatic rhabdomyolysis. Clin Chem. 1997;43(2):416–417. DOI: 9023157.
  16. Ricchiutti V, Apple FS. RNA expression of cardiac troponin T isoforms in diseased human skeletal ­muscle. Clin Chem. 1999;45(12):2129–2135. doi: 10.1093/clinchem/45.12.2129.
  17. Messner B, Baum H, Fischer P, Quasthoff S, Neumeier D. Expression of messenger RNA of the cardiac isoforms of troponin T and I in myopathic skeletal muscle. Am J Clin Pathol. 2000;114(4):544–549. doi: 10.1309/8KCL-UQRF-6EEL-36XK.
  18. Schmid J, Liesinger L, Birner-Gruenberger R, Stojakovic T, Scharnagl H, Dieplinger B, Asslaber M, Radl R, Beer M, Polacin M, Mair J, Szolar D, Berghold A, Quasthoff S, Binder JS, Rainer PP. Elevated cardiac troponin T in patients with skeletal myopathies. J Am Coll Cardiol. 2018;71(14):1540–1549. doi: 10.1016/j.jacc.2018.01.070.
  19. Chaulin A. Cardiac troponins: Contemporary bio­logical data and new methods of determination. Vasc Health Risk Manag. 2021;17:299–316. doi: 10.2147/VHRM.S300002.
  20. Mueller-Hennessen M, Giannitsis E. Do we need to consider age and gender for accurate diagnosis of myocardial infarction? Diagnosis (Berl). 2016;3(4):175–181. doi: 10.1515/dx-2016-0023.
  21. Yang S, Huai W, Qiao R, Cui L, Liu G, Wu J, Li A, Zhang J. Age and gender tailored cutoff value of hs-cTnT contributes to rapidly diagnose acute myocardial infarction in chest pain patients. Clin Lab. 2016;62(8):1451–1459. doi: 10.7754/Clin.Lab.2016.151201.
  22. Chaulin AM, Duplyakov DV. High-sensitivity cardiac troponins: circadian rhythms. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2021;20(1): 2639. (In Russ.) doi: 10.15829/1728-8800-2021-2639.
  23. Chaulin AM, Duplyakov DV. Increased natriuretic peptides, not associated with heart failure. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(S4):4140. (In Russ.) doi: 10.15829/1560-4071-2020-4140.
  24. Chaulin AM, Duplyakov DV. Comorbidity in chronic obstructive pulmonary disease and cardiovascular disease. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2021;20(3):2539. (In Russ.) doi: 10.15829/1728-8800-2021-2539.
  25. Chaulin AM, Svechkov NA, Volkova SL, Grigoreva YuV. Diagnostic value of cardiac troponins in elderly patients without myocardial infarction. Modern problems of science and education. 2020;(6):198. (In Russ.) doi: 10.17513/spno.30302.
  26. Chaulin AM, Duplyakov DV. Environmental factors and cardiovascular diseases. Hygiene and Sanitation. 2021;100(3):223–228. (In Russ.) doi: 10.47470/0016-9900-2021-100-3-223-228.
  27. Chaulin AM, Duplyakova PD, Duplyakov DV. Circadian rhythms of cardiac troponins: mechanisms and clinical significance. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(S3):4061. (In Russ.) doi: 10.15829/1560-4071-2020-4061.
  28. Pervan P, Svagusa T, Prkacin I, Savuk A, Bakos M, Perkov S. Urine high sensitive troponin I measuring in patients with hypertension. Signa Vitae. 2017;13:62–64. doi: 10.22514/SV133.062017.13.
  29. Chen JY, Lee SY, Li YH, Lin CY, Shieh MD, Ciou DS. Urine high-sensitivity troponin I predict incident cardiovascular events in patients with diabetes mellitus. J Clin Med. 2020;9(12):3917. doi: 10.3390/jcm9123917.
  30. Potkonjak AM, Sabolović Rudman S, Nikolac Gabaj N, Kuna K, Košec V, Stanec Z, Zovak M, Tučkar N, Djaković I, Prkačin I, Svaguša T, Bakoš M. Urinary troponin concentration as a marker of cardiac damage in pregnancies complicated with preeclampsia. Med Hypotheses. 2020;144:110252. doi: 10.1016/j.mehy.2020.110252.
  31. Chaulin AM, Duplyakova PD, Bikbaeva GR, Tukhbatova AA, Gri­gorieva EV, Duplyakov DV. Concentration of high-sensitivity cardiac troponin I in the oral fluid in patients with acute myocardial infarction: a pilot study. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(12):3814. (In Russ.) doi: 10.15829/1560-4071-2020-3814.
  32. Mirzaii-Dizgah I, Riahi E. Salivary high-sensitivity cardiac troponin T levels in patients with acute myocardial infarction. Oral Diseases. 2013;19(2):180–184. doi: 10.1111/j.1601-0825.2012.01968.x.
  33. Piccioni A, Brigida M, Loria V, Zanza C, Longhitano Y, Zaccaria R, Racco S, Gasbarrini A, Ojetti V, Franceschi F, Candelli M. Role of troponin in COVID-19 pandemic: a review of literature. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2020;24(19):10293–10300. doi: 10.26355/eurrev_202010_23254.
  34. Kruska M, El-Battrawy I, Behnes M, Borggrefe M, Akin I. Biomarkers in cardiomyopathies and prediction of sudden cardiac death. Curr Pharm Biotechnol. 2017;18(6):472–481. doi: 10.2174/1389201018666170623125842.
  35. Chaulin AM, Duplyakov DV. MicroRNAs in atrial fibrillation: Pathophysiological aspects and potential biomarkers. International Journal of Biomedicine. 2020;10(3):198–205. doi: 10.21103/Article10(3)_RA3.
  36. Bessière F, Khenifer S, Dubourg J, Durieu I, Lega JC. Prognostic value of troponins in sepsis: a meta-analysis. Intensive Care Med. 2013;39(7):1181–1189. doi: 10.1007/s00134-013-2902-3.
  37. Aakre KM, Omland T. Physical activity, exercise and cardiac troponins: Clinical implications. Prog Cardiovasc Dis. 2019;62(2):108–115. doi: 10.1016/j.pcad.2019.02.005.
  38. Han X, Zhang S, Chen Z, Adhikari BK, Zhang Y, Zhang J, Sun J, Wang Y. Cardiac biomarkers of heart failure in chronic kidney disease. Clin Chim Acta. 2020;510:298–310. doi: 10.1016/j.cca.2020.07.040.
  39. Chaulin AM, Duplyakov DV. Arrhythmogenic effects of doxorubicin. Complex Issues of Cardiovascular Disea­ses. 2020;9(3):69–80. (In Russ.) doi: 10.17802/2306-1278-2020-9-3-69-80.
  40. Chaulin AM, Abashina OE, Duplyakov DV. Pathophysiological mechanisms of cardiotoxicity in chemotherapeutic agents. Russian Open Medical Journal. 2020;9:e0305. doi: 10.15275/rusomj.2020.0305.
  41. Afonso L, Bandaru H, Rathod A, Badheka A, Ali Kizilbash M, Zmily H, Jacobsen G, Chattahi J, Mohamad T, Koneru J, Flack J, Weaver WD. Prevalence, determinants, and clinical significance of cardiac troponin-I elevation in individuals admitted for a hypertensive emergency. J Clin Hypertens (Greenwich). 2011;13(8):551–556. doi: 10.1111/j.1751-7176.2011.00476.x.
  42. Papadopoulos DP, Sanidas EA, Viniou NA, Gennimata V, Chantziara V, Barbetseas I, Makris TK. Cardiovascular hypertensive emergencies. Curr Hypertens Rep. 2015;17(2):5. doi: 10.1007/s11906-014-0515-z.
  43. Pattanshetty DJ, Bhat PK, Aneja A, Pillai DP. Ele­vated troponin predicts long-term adverse cardiovascular outcomes in hypertensive crisis: a retrospective study. J Hypertens. 2012;30(12):2410–2415. doi: 10.1097/HJH.0b013e3283599b4f.
  44. Kandasamy AD, Chow AK, Ali MA, Schulz R. Matrix metalloproteinase-2 and myocardial oxidative stress injury: beyond the matrix. Cardiovasc Res. 2010;85(3):413–423. doi: 10.1093/cvr/cvp268.
  45. Hughes BG, Schulz R. Targeting MMP-2 to treat ischemic heart injury. Basic Res Cardiol. 2014;109(4):424. doi: 10.1007/s00395-014-0424-y.
  46. Wang W, Schulze CJ, Suarez-Pinzon WL, Dyck JR, Sawicki G, Schulz R. Intracellular action of matrix metalloproteinase-2 accounts for acute myocardial ischemia and reperfusion injury. Circulation. 2002;106(12):1543–1549. doi: 10.1161/01.cir.0000028818.33488.7b.
  47. Feng J, Schaus BJ, Fallavollita JA, Lee TC, Canty JMJr. Preload induces troponin I degradation independently of myocardial ischemia. Circulation. 2001;103(16):2035–2037. doi: 10.1161/01.cir.103.16.2035.
  48. Maekawa A, Lee JK, Nagaya T, Kamiya K, Yasui K, Horiba M, Miwa K, Uzzaman M, Maki M, Ueda Y, Kodama I. Overexpression of calpastatin by gene transfer prevents troponin I degradation and ameliorates contractile dysfunction in rat hearts subjected to ischemia/reperfusion. J Mol Cell Cardiol. 2003;35(10):1277–1284. doi: 10.1016/s0022-2828(03)00238-4.
  49. Lazzarino AI, Hamer M, Gaze D, Collinson P, Steptoe A. The association between cortisol response to mental stress and high sensitivity cardiac troponin T plasma concentration in healthy adults. J Am Coll Cardiol. 2013;62(18):1694–1701. doi: 10.1016/j.jacc.2013.05.070.
  50. Martínez-Navarro I, Sánchez-Gómez J, Sanmiguel D, Collado E, Hernando B, Panizo N, Hernando C. Immediate and 24-h post-marathon cardiac troponin T is associated with relative exercise intensity. Eur J Appl Physiol. 2020;120(8):1723–1731. doi: 10.1007/s00421-020-04403-8.
  51. Chaulin AM. Updated information about me­thods of identification and diagnostic opportunities of cardiac troponins. Rivista Italiana della Medicina di Laboratorio. 2021;17(3):154–164. doi: 10.23736/S1825-859X.21.00116-X.
  52. Postnov YV, Orlov SN. Ion transport across plasma membrane in primary hypertension. Physiol Rev. 1985;65(4):904–945. doi: 10.1152/physrev.1985.65.4.904.
  53. Postnov YV. Insufficient atp generation due to mitochondria calcium overload as a sourse of blood pressure elevation in primary hypertension. Kardiologiya. 2005;45(10):4–11. (In Russ.)
  54. Orlov SN. Membrane theory of the pathogenesis of arterial hypertension: What do we know about this, half a century later? Bulletin of Siberian Medicine. 2019;18(2):234–247. (In Russ.) doi: 10.20538/1682-0363-2019-2-234-247.
  55. Hessel MH, Atsma DE, van der Valk EJ, Bax WH, Schalij MJ, van der Laarse A. Release of cardiac troponin I from viable cardiomyocytes is mediated by integrin stimulation. Pflugers Arch. 2008;455(6):979–986. doi: 10.1007/s00424-007-0354-8.
  56. Cheng W, Li B, Kajstura J, Li P, Wolin MS, Sonnenblick EH, Hintze TH, Olivetti G, Anversa P. Stretch-induced programmed myocyte cell death. J Clin Invest. 1995;96(5):2247–2259. doi: 10.1172/JCI118280.
  57. Singh K, Communal C, Sawyer DB, Colucci WS. Adrenergic regulation of myocardial apoptosis. Cardiovasc Res. 2000;45(3):713–719. doi: 10.1016/s0008-6363(99)00370-3.
  58. Singh K, Xiao L, Remondino A, Sawyer DB, Colucci WS. Adrenergic regulation of cardiac myocyte apoptosis. J Cell Physiol. 2001;189(3):257–265. doi: 10.1002/jcp.10024.
  59. Dalal S, Connelly B, Singh M, Singh K. NF2 signaling pathway plays a pro-apoptotic role in β-adrenergic receptor stimulated cardiac myocyte apoptosis. PLoS One. 2018;13(4):e0196626. doi: 10.1371/journal.pone.0196626.
  60. Weil BR, Suzuki G, Young RF, Iyer V, Canty JMJr. Troponin release and reversible left ventricular dysfunction after transient pressure overload. J Am Coll Cardiol. 2018;71(25):2906–2916. doi: 10.1016/j.jacc.2018.04.029.
  61. Oslopov VN, Khasanov NR, Ghugunova DN, Bil­lakh KhM. Membrane disorder in pathogenesis of the major risks of the cardiovascular death-hypertention and dyslipidemia. Bulletin of Contemporary Clinical Medicine. 2013;6(5):34–38. (In Russ.)
  62. Postnov YuV, Orlov SN, Budnikov EIu, Doroshchuk AD, Postnov AYu. Mitochondrial energy conversion disturbance with decrease in ATP production as a source of systemic arterial hypertension. Kardiologiya. 2008;48(8):49–59. (In Russ.)
  63. Stacy SR, Suarez-Cuervo C, Berger Z, Wilson LM, Yeh HC, Bass EB, Michos ED. Role of troponin in patients with chronic kidney disease and suspected acute co­ronary syndrome: a systematic review. Ann Intern Med. 2014;161(7):502–512. doi: 10.7326/M14-0746.
  64. Dubin RF, Li Y, He J, Jaar BG, Kallem R, Lash JP, Makos G, Rosas SE, Soliman EZ, Townsend RR, Yang W, Go AS, Keane M, Defilippi C, Mishra R, Wolf M, Shlipak MG; CRIC Study Investigators. Predictors of high sensitivity cardiac troponin T in chronic kidney disease patients: A cross-sectional study in the chronic renal insufficiency cohort (CRIC). BMC Nephrol. 2013;14:229. doi: 10.1186/1471-2369-14-229.
  65. Chaulin AM. Elevation mechanisms and diagnostic consideration of cardiac troponins under conditions not associated with myocardial infarction. Part 2. Life (Basel). 2021;11:1175. doi: 10.3390/life11111175.
  66. Ziebig R, Lun A, Hocher B, Priem F, Altermann C, Asmus G, Kern H, Krause R, Lorenz B, Möbes R, Sinha P. Renal elimination of troponin T and troponin I. Clin Chem. 2003;49(7):1191–1193. doi: 10.1373/49.7.1191.
  67. Katrukha IA, Kogan AE, Vylegzhanina AV, Serebryakova MV, Koshkina EV, Bereznikova AV, Katrukha AG. Thrombin-mediated degradation of human cardiac troponin T. Clin Chem. 2017;63(6):1094–1100. doi: 10.1373/clinchem.2016.266635.
  68. Chaulin AM. Phosphorylation and fragmentation of the cardiac troponin T: Mechanisms, role in pathophysiology and laboratory diagnosis. International Journal of Biomedicine. 2021;11(3):250–259. doi: 10.21103/Article11(3)_RA2.
  69. Chaulin AM. Cardiac troponins metabolism: From biochemical mechanisms to clinical practice (literature review). Int J Mol Sci. 2021;22(20):10928. doi: 10.3390/ijms222010928.
  70. Derhaschnig U, Testori C, Riedmueller E, Aschauer S, Wolzt M, Jilma B. Hypertensive emergencies are associated with elevated markers of inflammation, coagulation, platelet activation and fibrinolysis. J Hum Hypertens. 2013;27(6):368–373. doi: 10.1038/jhh.2012.53.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Рис. 1. Патологические и физиологические состояния, вызывающие повышение уровней сердечных тропонинов в дополнении к острому инфаркту миокарда, по [2] с изменениями и дополнениями

Download (105KB)
Indexing metadata
3. Рис. 2. Механизмы повышения содержания сердечных тропонинов при артериальной гипертензии

Download (58KB)
Indexing metadata

© 2022 Eco-Vector




Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».