Оценка уровня кардиомаркеров растворимого sST2 и NT-proBNP при сквозном моделировании этапов космического полета на центрифуге длинного радиуса

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение медицинской безопасности космических полетов и медицинский контроль состояния здоровья является приоритетной задачей космической медицины. Прогнозирование рисков развития острых и отдаленных сердечно-сосудистых событий требует применения высокоинформативных клинико-лабораторных методик для комплексной оценки состояния здоровья обследуемых. Растворимый стимулирующий фактор роста, экспрессируемый геном 2 (sST2), экспрессируется кардиомиоцитами в ответ на их перерастяжение или повреждение [1]. В отличие от других кардиомаркеров уровни sST2 быстро изменяются в ответ на состояние сердечно-сосудистой системы обследуемого, но не зависят от возраста, пола, индекса массы тела, функции почек [2][3]. sST2 показал себя как наиболее значимый маркер прогноза развития и исхода сердечной недостаточности [4].

Применительно к авиакосмической физиологии уровни sST2 оценивались при выполнении параболических полетов. Было отмечено, что уровень sST2 в сыворотке крови оставался неизменным через 1 ч после параболического полета и значительно снижался по сравнению со значениями на исходном уровне и через 1 ч после параболического полета [5]. В ранее проведенных нами исследованиях проанализировано влияние длительных космических полетов (КП) и приземления на уровни белка sST2. При исследовании образцов венозной крови 9 космонавтов до и после КП на Международную космическую станцию у всех космонавтов выявлено достоверное повышение концентрации sST2 на первые сутки после полета. На 7-е сутки восстановительного периода содержание sST2 в плазме снижалось, приближаясь к фоновому значению. Полученные результаты свидетельствовали о транзиторном перерастяжении миокарда при приземлении и возрастании риска кардиофиброза в отдаленные сроки после КП [6].

Еще одним стандартным кардиомаркером объемной перегрузки сердца и риска развития сердечной недостаточности и нарушений ритма сердца является N-концевой пропептид натрийуретического гормона (В-типа) NT-proBNP [7]. Однако NT-proBNP зависим от возраста, пола, индекса массы тела, суточного баланса гормонов, состояния почек и других факторов [8]. Рассматривая гравитационные особенности регуляции NT-proBNP, следует отметить, что у отдельных астронавтов наблюдалось снижение передачи сигналов натрийуретических пептидов в космосе [9]. Как показано в работе Р. Frings-Meuthen et al. [10], в условиях КП концентрации NT-proBNP реагируют на изменения в потреблении натрия, однако имеют более низкие уровни относительно предполетных значений. По-видимому, это связано с уменьшением объема крови в грудной полости при условии, что измерения импеданса не искажаются изменениями содержания воздуха в грудной клетке.

Возникает вопрос, будут ли кратковременные перегрузки и моделированные на центрифуге ЦФ-18 вестибулосенсорные изменения влиять на патологическую растяжимость миокарда и повышать риск развития кардиофиброза.

Цель работы — определить уровни sST2 и NT-proBNP применительно к риску развития сердечно-сосудистых изменений после сквозного моделирования этапов КП на центрифуге ЦФ-18.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные исследования (ЭИ) проводились в ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина» в 2023 году по методике, описанной ранее [11]. В исследовании приняли участие 6 практически здоровых испытуемых — мужчин в возрасте от 45 до 53 лет (средний возраст 50,3 ± 3,3 года, рост 175,7 ± 4,7 см, масса тела 86,8 ± 6,7 кг). Все испытуемые по состоянию здоровья были допущены к ЭИ по действующим заключениям врачебно-летной комиссии.

До и после ЭИ врачом-терапевтом проводился медицинский осмотр испытуемых с регистрацией функциональных параметров сердечно-сосудистой системы: артериального давления (АД), частоты сердечных сокращений (ЧСС) и температуры тела. Перед исследованием испытуемые не подвергались другим воздействиям, способным повлиять на их функциональное состояние и постуральные реакции (физическая нагрузка, воздействия ускорения, отрицательных или избыточных давлений на нижнюю половину тела, гипоксии). Исследования проводились не ранее чем через 1,5 ч после приема пищи. Все испытуемые получали подробную инструкцию по всем этапам исследования.

ЭИ проводились на центрифуге ЦФ-18 для физиологических исследований с кабиной, установленной в 3-степенном управляемом кардановом подвесе. Радиус консоли центрифуги от оси вращения главного двигателя до центра пересечения осей рамок карданова подвеса составляет 18 метров. Исследования проведены с использованием штатного кресла центрифуги ЦФ-18. При данных условиях перегрузка действует в направлении «грудь–спина». На этапах выведения и спуска угол наклона спинки кресла к направлению вектора перегрузки составлял +78°. После моделирования отделения двигателя 3-й ступени кресло испытуемого переводилось в положение 105° к направлению вектора перегрузки (антиортостаз -15°) и моделировался этап орбитального космического полета. Вращения проводились без остановки центрифуги.

Во время вращения на ЦФ-18 применялся тахоосциллографический метод, позволяющий контролировать электрокардиограмму (ЭКГ) в 3-х стандартных отведениях, ЧСС и АД в плечевой артерии.

На рисунке 1 представлен типовой профиль перегрузок, действующих на космонавта при выведении ТПК «Союз» на околоземную орбиту («график выведения»), на рисунке 2 — типовой профиль перегрузок при возвращении спускаемого аппарата ТПК «Союз» на Землю («график спуска»). Перегрузка выражена в единицах (ед.), кратных g. Максимальная перегрузка при вращении по «графику выведения» составляет 4,0 ед., общее время вращения составляет около 9 мин. Перегрузка при вращении по «графику спуска» включает два участка с максимальной перегрузкой 4,5 ед. (пик 1) и 3,2 ед. (пик 2), общее время вращения составляет около 6 мин. Моделирование этапа орбитального полета в течение 40 мин выполнялось по специальной программе [11], обеспечивающей одновременное изменение гемодинамики и воздействие на вестибулярный аппарат испытуемого. Общая продолжительность вращения составила 60 мин.

До, во время и после вращения у испытуемых, находящихся в кабине центрифуги, регистрировали ЭКГ в 3-х стандартных отведениях, АД в плечевой артерии тахоосциллографическим методом. При вращении центрифуги регистрация ЭКГ проводилась непрерывно. При этом АД регистрировали на 10, 20, 30 и 40-й мин вращения.

Для определения концентрации sST2 и NT-proBNP у испытуемых проводили забор венозной крови из локтевой вены непосредственно до и после вращения. Образцы крови объемом 3 мл отбирали до начала и по окончании вращения в пробирки Vacuette, содержащие консервант K3 EDTA. Пробирки с кровью хранили при температуре +4 °С не больше 2-х ч, затем получали плазму путем центрифугирования при 2000 g в течение 15 мин на центрифуге MPW-350R (Польша). Отбор аликвот плазмы проводили с помощью дозаторов сменного объема фирмы Eppendorf (Германия). Аликвоты плазмы замораживали при температуре -80 °С.

Оценку уровня sST2 в плазме крови проводили методом твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA) с использованием коммерческих наборов фирмы «Critical Diagnostics Presage® ST2 Assay» (США) и прибора ST2-reader «Critical Diagnostics Presage® ST2 Assay». Результаты измерения уровня sST2 выражались в нг/мл. Измерение концентрации NT-proBNP проводили иммунофлуоресцентным методом на анализаторе FinecareTM FIA FS-113 (от Guangzhou Wondfo Biotech).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью пакета программного обеспечения Statistica 13 с использованием критерия дисперсионного анализа Фридмана и теста Вилкоксона для непараметрических данных (p-value < 0,05).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При медицинском осмотре испытуемых перед проведением ЭИ средние значения систолического АД составляли 138,9 ± 11,2 мм рт. ст., диастолического 85,0 ± 9,9 мм рт. ст., средние значения ЧСС 74,8 ± 16,9 уд./мин, температура тела у всех обследованных находилась в пределах физиологической нормы. Все испытуемые были допущены к ЭИ.

С первых минут моделирования этапа орбитального полета и перевода в антиортостатическое положение при периодическом опросе во время вращения все 6 испытуемых субъективно отмечали прилив крови к голове, 4 испытуемых отмечали ощущение отечности лица и чувство тяжести в височной области головы, 3 — заложенность полостей носа, 2 — похолодание дистальных отделов ног и 1 — тяжесть век. Объективно при видеонаблюдении во время вращения у всех испытуемых наблюдалась легкая гиперемия кожи лица, набухание шейных вен. Выраженность всех явлений нарастала с увеличением продолжительности вращения и достигала максимума к 20 минуте, в дальнейшем оставаясь без изменений.

Динамика изменения показателей сердечно-сосудистой системы представлена на рисунках 3 и 4.

Реакция сердечно-сосудистой системы была адекватной предъявляемым нагрузкам. Максимально зарегистрированные значения ЧСС и АД соответствовали максимально воздействующим перегрузкам на каждом моделируемом этапе космического полета.

При анализе ЭКГ при моделировании участка орбитального полета в большинстве случаев у испытуемых регистрировали увеличение конечной части желудочкового комплекса QRS и амплитуды зубца Т, при этом интервал RST был несколько укорочен. В единичных случаях было обнаружено замедление внутрижелудочковой проводимости, которое выражалось в «уширении» желудочкового комплекса. Эти изменения носили функциональный характер и исчезали после остановки ЦФ. Во время вращений по «графику выведения» и «графику спуска» отмечалась синусовая тахикардия, нарушений ритма и проводимости не было.

Медицинский осмотр после проведения ЭИ отклонений в состоянии здоровья не выявил. Все испытуемые жалоб не предъявляли, их самочувствие оставалось хорошим. Показатели гемодинамики практически не отличались от фоновых: средние значения систолического АД составили 143,2 ± 14,1 мм рт. ст., диастолического — 82,6 ± 19,3 мм рт. ст., средние значения ЧСС 71,7 ± 15,9 уд./мин, температура тела в пределах нормы.

Как видно из рисунка 5, уровень sST2 не превышал референсных значений ни у одного испытуемого. У всех обследованных отмечена вариабельность уровней sST2 как до начала моделирования, так и по его окончании. При анализе среднегрупповых значений уровня sST2 отмечено его повышение после вращения на ЦФ (рис. 6). Однако уровень среднегрупповых значений после воздействия перегрузок также находился в пределах референсных значений (вариант физиологической нормы до 35 нг/мл). Полученные данные свидетельствуют об отсутствии рисков сердечной недостаточности и кардиофиброза при данных условиях исследования.

Как показано на рисунке 7, вариабельность NT-proBNP до и после моделирования низкая. Индивидуальная вариабельность выше, чем среднегрупповая (рис. 7 и 8). Уровень NT-proBNP во всех исследуемых точках у всех испытуемых оставался в пределах нормы.

При сравнении индивидуальных и среднегрупповых графиков ответа кардиомаркеров sST2 и NT-proBNP на данный вид воздействия было отмечено однонаправленное повышение уровней sST2 и NT-proBNP после воздействия у 4 из 6 обследуемых. Однако уровень NT-proBNP увеличивался меньше, чем нарастал sST2.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Анализ полученных данных показал, что динамика частоты сердечных сокращений и уровня артериального давления соответствовали предъявляемым нагрузкам. Максимально зарегистрированные значения ЧСС и АД отмечались при максимально воздействующих перегрузках на каждом моделируемом этапе КП и не превышали физиологических величин вариабельности ответов сердечно-сосудистой системы здорового человека на воздействие моделированных экстремальных факторов КП. Углубленное исследование ответа кардиомиоцитов на воздействие умеренных продольных перегрузок на миокард практически здоровых испытуемых показало однонаправленные повышение уровней кардиомаркеров sST2 и NT-proBNP, что подтверждает высокую диагностическую чувствительность этих белков при видеонаблюдении применительно даже к кратковременным воздействиям, вызывающим объемное перерастяжение миокарда. Анализ индивидуальных данных показал более выраженный и вариабельный ответ на воздействие перегрузок селективного кардиомаркера sST2 по сравнению с NT-proBNP.

Многомаркерные модели с включением нескольких биомаркеров, среди которых NT-proBNP и sST2, показывают большую прогностическую значимость для стратификации риска развития кардиоваскулярных событий [12–14]. Таким образом, изменения sST2 и NT-proBNP могут свидетельствовать о возможности объективизировать ответ кардиомиоцитов на влияние перегрузок как на активных участках КП по графикам выведения и спуска, так и при моделировании перераспределения жидких сред организма в условиях микрогравитации. На основании оценки индивидуальных фоновых уровней sST2 и NT-proBNP можно персонализировать вероятностный прогноз влияния комплекса факторов КП на этапе выведения на орбиту и спуска, оценивать риск развития кардиофиброза в отдаленные сроки после КП.

В отличие от ранее проведенных исследований уровня sST2 после завершения длительных КП [6], в данной работе нами не обнаружено клинически значимого повышения уровня вышеуказанного кардиомаркера после завершения моделирования этапов космического полета на ЦФ-18. Полученные данные могут свидетельствовать о том, что изолированное воздействие умеренных продольных перегрузок на миокард практически здоровых испытуемых без предварительного воздействия продолжительной микрогравитации не вызывает патологического перерастяжения кардиомиоцитов. Повышение уровня sST2 после длительного КП можно объяснить воздействием на миокард, адаптированный к длительному влиянию экстремальных факторов КП [15], перегрузок, действующих при возвращении спускаемого аппарата на Землю.

ВЫВОДЫ

1. Изолированное воздействие кратковременных умеренных продольных перегрузок на миокард практически здоровых испытуемых без предварительного воздействия продолжительной микрогравитации не вызывало патологического перерастяжения кардиомиоцитов.
2. Динамика частоты сердечных сокращений и уровня артериального давления соответствовали предъявляемым нагрузкам, не превышали физиологических величин вариабельности ответов сердечно-сосудистой системы здорового человека на воздействие моделированных экстремальных факторов КП.
3. Продолжение исследований по влиянию изолированных неблагоприятных факторов КП на уровни кардиомаркеров у практически здоровых испытуемых представляется перспективным.