Взаимосвязь кардиомаркеров NT-proBNP и ST2 с функциональными параметрами сердечно-сосудистой системы в условиях антиортостатической гипокинезии

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день гиподинамия является одним из основных факторов риска, негативно влияющих на сердечно-сосудистую систему (ССС). Ее неслучайно называют «болезнью XXI века», поскольку этиология атеросклероза, артериальной гипертонии, ишемической болезни сердца и некоторых других заболеваний ССС во многом связана с ограничением двигательной активности. В связи с этим является чрезвычайно важным изучение проявлений гиподинамии у здоровых людей, поскольку анализ пребывания в условиях гиподинамии у больных достаточно затруднителен, так как симптоматика различных патологий больного человека может маскировать эффекты гиподинамии.

Перспективной моделью для изучения последствий ограничения двигательной активности у здоровых людей является антиортостатическая гипокинезия (АНОГ) (рис. 1) [1]. Данная модель воспроизводит не только гиподинамию, но и перераспределение жидкостей организма в сторону головы, а также снимает опорную нагрузку со стоп [2]. Кроме того, изменяется вектор гравитации с передней части тела на заднюю, поскольку доброволец находится в положении лежа на спине с наклоном кровати под углом -6° в течение нескольких суток антиортостатического воздействия (рис. 1) [3].

Применение модели АНОГ позволяет наблюдать изменения в ССС, обусловленные в основном перераспределением жидкостей в краниальном направлении [4]. Исследования показывают, что длительное пребывание практически здоровых людей в АНОГ вызывает уменьшение объемов камер сердца и массы миокарда, что снижает растяжимость и работоспособность сердечной мышцы [5][6].

По данным А.Г. Черниковой и соавт., во время 120-суточного АНОГ были выявлены циклические адаптационные изменения в работе ССС. Так, на начальных этапах эксперимента наблюдали снижение барорефлекторной функции, уменьшение систолического артериального давления и частоты сердечных сокращений (ЧСС), а также преобладание симпатических влияний и ослабление автономного контура вегетативной регуляции¹.

В условиях гипокинезии хроническая разгрузка приводила к ремоделированию артериальной системы ног, что связано с атрофией гладкой мускулатуры сосудов. В независимых исследованиях C. Palombo и соавт., S.H. Platts и соавт. на 21 сут АНОГ наблюдали уменьшение диастолического объема и массы левого желудочка, а также изменения в гемодинамике и увеличение жесткости аорты [7][8].

Влияние АНОГ на морфофункциональные показатели ССС достаточно подробно описано в научной литературе. Однако молекулярные механизмы этих изменений остаются малоизученными. Эти исследования особенно актуальны для развития персонализированной медицины, поскольку именно молекулярные процессы лежат в основе индивидуальных адаптивных реакций организма.

Одним из перспективных направлений является кардиоваскулярная протеомика — область науки, изучающая взаимодействие белков, регулирующих работу ССС. Понимание этих процессов крайне важно, поскольку вегетативные и метаболические механизмы играют ключевую роль в адаптации организма к изменяющимся условиям, включая гиподинамию. Особое внимание уделяется кардиомаркерам, таким как N-концевой пропептид натрийуретического гормона (В-типа) (NT-proBNP) и стимулирующий фактор роста, экспрессируемый геном 2 (sST2), которые позволяют выявлять нарушения в работе ССС на молекулярном уровне и обладают высокой диагностической ценностью, так как отражают скрытые изменения, предшествующие клиническим проявлениям [9].

Стимулирующий фактор роста sST2 экспрессируется в сердечной ткани в ответ на патологические изменения, вызванные как хроническими заболеваниями, так и острыми повреждениями, и отражает процессы ремоделирования желудочков и фиброза сердца. Измерение маркера NT-proBNP позволяет различать хроническую обструктивную болезнь легких и хроническую сердечную недостаточность. В предыдущих исследованиях было установлено, что уровень данных кардиомаркеров изменяется в условиях космического и параболического полета. Наблюдались изменения их уровня во время и после воздействия, однако спустя несколько дней показатели возвращались к исходным значениям [9][10].

Адаптивные реакции организма во многом определяются нелинейными динамическими процессами, включая вариабельность сердечного ритма (ВСР). Вариабельность сердечного ритма формируется под влиянием вегетативной регуляции синоатриального узла (СА-узла), биоэлектрической активности сердца, генерируемой взаимодействиями между сердцем и мозгом, динамических нелинейных процессов вегетативной нервной системы [11]. С физиологической точки зрения ВСР является интегральной характеристикой, отражающей не только реакцию структур сердца ССС в целом на внешние воздействия, но и реакцию более сложных нейросетей на разных уровнях центральной нервной системы [12].

Цель работы — поиск возможной взаимосвязи между функциональными параметрами ССС и кардиомаркерами proBNP и ST2 в условиях антиортостатической гипокинезии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В эксперименте 21-суточной АНОГ [13], моделирующей гиподинамию и ее эффекты, приняли участие 6 практически здоровых мужчин-добровольцев (возраст 24–40 лет, ИМТ 23,8 ± 2,7 кг/м²).

Эксперимент был реализован в ГНЦ РФ — ИМБП РАН на стендовой базе «Гипогравитация».

Во время экспериментального воздействия регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) и сбор венозной крови были выполнены на 1, 10, 20 сут АНОГ. До и после эксперимента были проведены фоновые исследования за 5 дней до начала АНОГ и на 5 сут после экспериментального воздействия.

Для оценки биоэлектрических процессов в миокарде в течение 24 ч в 2 стандартных отведениях регистрировали ЭКГ с последующим анализом ВСР и дисперсионного картирования (ДК ЭКГ), характеризующих электрофизиологические свойства миокарда. Оценивали следующие общепринятые показатели ВСР: стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов SDNN (мс), мощность спектральной плотности в низкочастотном диапазоне LF (мс²), а также параметры, характеризующие биоэлектрическую стабильность/нестабильность в миокарде: дисперсионную характеристику комплекса зубцов (PQRST) на ЭКГ во время завершения деполяризации левого желудочка (G4) [14].

Забор венозной крови осуществляли утром натощак. Уровень NT-proBNP измеряли с использованием иммуноанализатора Finecare FIA FS-113 (производство Guangzhou Wondfo Biotech, КНР). Концентрацию белка ST2 определяли методом твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) с применением коммерческого набора Aspect Plus компании Critical Diagnostics (США), минимальный предел обнаружения которого составляет 12,5 нг/мл [15].

Поскольку большинство исследуемых выборочных распределений не удовлетворяло критериям нормальности согласно критерию Жарка – Бера, нами также применен метод расчета рангового коэффициента корреляции Спирмена (r_s) с оценкой уровня значимости (p) [16]. Все вычисления были выполнены с помощью статистического программного пакета Statistica 12 (StatSoft, США).

РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе работы оценена динамика изменения белка NТ‑proBNP у 6 здоровых мужчин-добровольцев на протяжении всего периода исследования: установлено достоверное снижение его концентрации на 10 и 20 сут воздействия по сравнению с фоновыми показателями (102,6 ± 65,4 пг/мл). Это может свидетельствовать о снижении объема циркулирующей крови в середине эксперимента. Соответствующие данные представлены на рисунке 2.

Значения показателя G4, отражающего процесс деполяризации левого желудочка, на 10 и 20 сут АНОГ увеличились почти в три раза (до 0,6 у.е.) по сравнению с фоновыми значениями (0,2 у.е.). Однако к 5 сут периода последействия значение показателя соответствовало исходным (фоновым) показателям (р ≤ 0,05).

Концентрация белка ST2 у 6 испытателей составляла 21,4 ± 2,7 нг/мл за 5 сут до начала эксперимента и достоверно (р ≤ 0,05) снижалась начиная с 1 сут воздействия. Соответствующие данные представлены на рисунке 3.

Показатель SDNN является одним из наиболее информативных показателей ВСР и отражает вегетативную модуляцию в СА-узле. Он возрастал на 1 сут пребывания в условиях АНОГ, постепенно снижаясь на 10 и 20 сут эксперимента.

Увеличение активности симпатического звена вегетативной регуляции во время эксперимента у всех испытуемых проиллюстрировано на рисунке 2. Показатель низкочастотной составляющей спектра ВСР (LF, мс²), характеризующий доминирование симпатических влияний на ритм сердца, увеличивался и на 20 сут воздействия АНОГ, и в период последействия, что может указывать на развитие утомления и стресса на заключительных этапах эксперимента.

Стоит отметить, что изменение динамики белка ST2 и показателя LF (мс²) было обратно пропорциональным.

В ходе анализа полученных результатов с использованием критерия ранговой корреляции Спирмена была установлена зависимость между параметрами ССС и кардиомаркерами (табл.).

Из представленной таблицы видно, что до воздействия АНОГ связи между большинством показателей были слабыми и статистически недостоверными. Уровни белков NT-proBNP и ST2 показывают значимую связь с показателями сердечно-сосудистой системы на 10 и 20 сут воздействия, что, вероятно, отражает процессы адаптации и восстановления миокарда.

ОБСУЖДЕНИЕ

Белок BNP, являясь маркером сердечной недостаточности, обладает свойствами, снижающими нагрузку на сердце: он расширяет сосуды, подавляет выработку ренина и альдостерона, улучшает коллатеральный кровоток в сердце и снижает нагрузку на миокард. В результате наблюдаются снижение ЧСС и АД, уменьшение ремоделирования сердца и сосудов, снижается риск гипертрофии и утолщения стенок миокарда. Известно, что уровень NT-proBNP в значительной степени зависит от комплекса различных факторов, таких как объем циркулирующей крови, изменения гемодинамики почек и других [17].

Уже на 1 сут пребывания человека в условиях АНОГ наблюдали смещение жидкостных компонентов тела в краниальном направлении. В последующие дни отмечали постепенное увеличение ЧСС на фоне снижения концентрации NT-proBNP в крови. Однако в восстановительный период уровень NT-proBNP увеличился практически на 150 пг/мл по сравнению со значениями на 20 сут АНОГ, что, вероятно, свидетельствует о включении гравитационной нагрузки. Подобная динамика уровня NT-proBNP была зафиксирована и в других исследованиях, в частности на 4 сут восстановления после семидневной «сухой» иммерсии [18], что подтверждает роль реадаптации к ортостатическим условиям в активации натрийуретического пептидного ответа.

Согласно некоторым исследованиям усиление электрической и ионно-метаболической нестабильности прямо связано с усилением общей ВСР и ее парасимпатической составляющей [19]. Электрическая активность правого предсердия во многом определяется активностью расположенного здесь СА-узла, следовательно, колебания показателя ДК ЭКГ могут отражать процессы синусовой аритмии сердечной деятельности. Кроме того, колебания венозного возврата к сердцу и изменения гемодинамической нагрузки в предсердиях также могут приводить к усилению электрической нестабильности в предсердиях. Независимо от исходного уровня здоровья при относительно сохранных автономных механизмах сердечной регуляции у человека при активизации парасимпатических модулирующих влияний на ритм сердца может происходить стабилизация электрической активности сердца, проявляющаяся в снижении показателей дисперсии. При выраженном дефиците резервов парасимпатической модуляции наблюдается нарушение процессов деполяризации предсердий, проявляющееся в увеличении показателя ДК ЭКГ [19].

Выявленная в нашем исследовании корреляционная взаимосвязь показателя NT-proBNP с индексами ДК ЭКГ имеет под собой физиологические причины: ранее было показано, что при фибрилляции предсердий (ФП) увеличивались уровни натрийуретического пептида [20][21], а также соотношение NT-proBNP к BNP [22]. Быстрая ФП с ее переменной длиной цикла и временем наполнения желудочков может приводить к хаотичным микрорегиональным изменениям в деформации кардиомиоцитов предсердий, потенциально искажая и растягивая локальные популяции кардиомиоцитов, вызывая высвобождение pro-BNP при отсутствии повышенного среднего внутрисердечного или трансмурального растягивающего давления. При гистологическом исследовании ткани предсердий при ФП были обнаружены воспалительные, гипертрофические и фиброзные изменения, которые могли способствовать повышению экспрессии и высвобождению pro-BNP. Эти данные согласуются с выявленным повышенным содержанием РНК-мессенджеров pro-BNP в ткани предсердий. Вместе эти эффекты повышали уровень pro-BNP в плазме при ФП [21].

По данным C. Ozmen и соавт., при изучении связи NT-proBNP с частотой и тяжестью желудочковой аритмии установлено, что уровни NT-proBNP были значительно выше в группе злокачественной аритмии (аритмия Lown Class 4a и 4b), чем в группе доброкачественной аритмии (аритмия Lown Class 0–3b) [23].

Все эти исследования указывают на наличие взаимосвязи между растяжимостью сердечной мышцы, которую отражает маркер NT-proBNP, и ритмом сокращений сердечной мышцы (деполяризацией правого предсердия и левого желудочка).

Одним из возможных механизмов, способствующих уменьшению массы желудочков и снижению «растяжения» кардиомиоцитов, может быть взаимосвязь между потенциальным стабилизирующим эффектом на конечно-диастолический объем левого желудочка и одновременным увеличением его конечно-систолического объема, наблюдающимся на фоне пониженных условий разгрузки в ходе АНОГ.

Активация симпатических нервов приводит к вазоконстрикции сосудов в большинстве органов, увеличению сократимости миокарда и, путем влияния на СА-узел, к тахикардии. Возможно, снижение ST2 в середине и в конце эксперимента приводит к эффекту активации симпатических вегетативных модуляций, что, в свою очередь, влияет на ритм сердца.

При этом преобладание низкочастотной составляющей в общем спектре ВСР может указывать на усиление нейрогуморальной регуляции, а также на повышение активности вазомоторного центра [24]. В то же время длительная симпатическая стимуляция сердечной деятельности сопровождается активацией метаболических процессов в миокарде, что приводит к значительному увеличению потребления кислорода и энергетических ресурсов [25].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе комплексного исследования была детально изучена динамика функциональных параметров ССС в условиях АНОГ с особым вниманием к молекулярно-биохимическим маркерам сердечной дисфункции — proBNP и ST2. Проведенные исследования позволили выявить взаимосвязь между функциональными параметрами сердечно-сосудистой системы и кардиомаркерами proBNP и ST2. В условиях антиортостатической гипокинезии происходит активация нейрогуморального и метаболического контуров регуляции на фоне повышения симпатических вегетативных модулирующих эффектов, при этом происходящие в сердечной мышце процессы ремоделирования на уровне кардиомиоцитов обусловлены повышением их растяжимости.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства критериям ICMJE. Наибольший вклад распределен следующим образом: О.В. Попова — написание первоначального черновика статьи; Д.Н. Каширина — анализ данных; Л.С. Стулова — сбор данных; Л.Х. Пастушкова — дизайн исследования, обсуждение дизайна статьи; И.М. Ларина — методология исследования; В.Б. Русанов — научное руководство, написание окончательного варианта статьи.