Разработка алгоритма неинвазивной диагностики стенозирующего атеросклероза коронарных артерий на основе визуализирующих и лабораторных маркеров

Введение

Несмотря на существенный прогресс в диагностике и лечении кардиоваскулярной патологии, сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) продолжают сохранять первенство среди причин смерти населения всех стран [1-4]. Хорошо известно, что в основе большинства ССЗ лежит атеросклероз, который в течение длительного времени протекает бессимптомно и бывает достаточно выражен лишь к моменту манифестации клинических симптомов. Понимание патогенеза атеросклероза от субклинической до выраженной стадии обусловило высокую значимость биомаркеров в определении риска ССЗ [5][6]. Повышенный интерес к изучению таких маркеров в последние десятилетия во многом обусловлен достижениями биомедицины, включая результаты фундаментальных исследований и разработку новых технологий поиска и изучения биомолекул-кандидатов [6-8]. В связи с этим исследования, направленные на поиск и внедрение в клиническую практику новых малоинвазивных способов оценки вероятности наличия атеросклероза, в т.ч. субклинического, высоко востребованы и актуальны [9-12].

За прошедшие годы было предложено множество шкал, схем и алгоритмов, позволяющих в той или иной степени прогнозировать риск возникновения и прогрессирования ССЗ в различных популяциях. Накоплены данные о возможности оптимизации оценки риска развития и выраженности коронарного атеросклероза с использованием либо дополнительных биохимических показателей крови, либо маркеров, полученных с помощью неинвазивных методов визуализации [13][14]. Более того, доказанная связь атеросклероза коронарных артерий (КА) с атеросклерозом сонных (СА) и бедренных артерий (БА) позволяет использовать данные о состоянии поражения в одном сосудистом бассейне для прогнозирования атеросклеротического поражения в другом [15-18]. При этом акцент делается на определенных количественных и качественных характеристиках атеросклеротических бляшек (АСБ), свидетельствующих не только о наличии, но и о выраженности коронарного поражения [19-21]. В литературе также имеются сведения о роли в прогнозировании ССЗ клинико-инструментальных параметров, предназначенных для оценки состояния сердца и сосудов. К ним относятся проба Целермайера (ПЦ), лодыжечно-плечевой индекс (ЛПИ), переднезадний размер левого предсердия (ПЗР ЛП) [22][23]. Однако следует отметить, что результаты применения клинико-инструментальных или лабораторных показателей в качестве самостоятельных маркеров, свидетельствующих о вероятности атеросклероза КА, показали их умеренную эффективность в верификации наличия коронарного атеросклероза и весьма невысокую способность в детекции субклинического поражения [22][24], что свидетельствует об актуальности изучения возможности применения мультимаркерного подхода и разработки комплексных диагностических инструментов.

Цель настоящего исследования — с использованием ультразвуковых характеристик СА и БА и ряда лабораторных показателей крови разработать алгоритм неинвазивной диагностики атеросклероза КА.

Материал и методы

Настоящее исследование выполнено в соответствии с принципами Хельсинкской Декларации. Протокол исследования одобрен Этическим комитетом ФГБУ ГНИЦ ПМ (в настоящее время ФГБУ "НМИЦ ТПМ") Минздрава России (№ 09-05/19). Критерии включения: пациенты >18 лет, подписавшие информированное согласие на участие в исследовании, взятие и биобанкирование крови, обработку персональных данных (было подписано всеми участниками). Критерии невключения: перенесенное <6 мес. назад острое клиническое осложнение атеросклероза; любое острое воспалительное заболевание; сахарный диабет 1 типа; острая почечная и печеночная недостаточность; пациенты с хронической почечной недостаточностью на гемодиализе; онкологические заболевания; заболевания крови и иммунной системы, беременность или период лактации.

В исследование включено 216 пациентов, поступивших и обследованных в стационаре ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России с 2016 по 2019гг, которым была выполнена диагностическая коронароангиография (КАГ) по методике Judkins M (1967) с использованием радиального и/или трансфеморального доступов в условиях рентгеноперационной на ангиографических установках "Philips Integris Allura" и "General Electric Innova 4100") [25]. Когорту составили 115 мужчин и 101 женщина в возрасте 24-87 лет (средний возраст 61,5±10,73 лет), которые в соответствии с данными КАГ были включены в одну из 3 групп: группа 1 (n=73) — бессимптомные пациенты с отсутствием атеросклероза КА (интактные КА); группа 2 (n=71) — бессимптомные пациенты с субклиническим атеросклерозом КА (степень стеноза КА <50%); группа 3 (n=72) — симптомные пациенты с выраженным атеросклерозом КА (наличие гемодинамически значимого поражения в одной и/или нескольких КА) [26].

Для оценки состояния периферических артерий всем пациентам было выполнено дуплексное сканирование (ДС) СА и БА с оценкой толщины интима-медия, АСБ и их количества, определения высоты максимальной АСБ, среднего и максимального стенозов артерий [27]. При ДС СА объектом исследования были общая СА (на всем протяжении), область бифуркации общей СА, наружная и внутренняя СА с обеих сторон; при исследовании БА — общая БА (на всем протяжении), область бифуркации общей БА, глубокая и поверхностная БА (до Гунтерова канала) с обеих сторон. Техника проведения ДС СА и БА подробно описана раннее [23].

Эндотелиальную функцию сосудов оценивали с помощью ПЦ. За нормальную реакцию сосудистой стенки принимали расширение просвета сосуда на ≥10%. Меньшая степень расширения сосуда расценивалась как проявление эндотелиальной дисфункции [28]. ЛПИ был определен в соответствии с протоколом [27]. ПЗР ЛП определяли по эхокардиографии (ЭхоКГ) из парастернальной позиции вдоль длинной оси сердца в М- и В-режиме в момент достижения конечного систолического максимума.

Взятие крови для определения биохимических параметров осуществляли после 12-часового голодания; сыворотку или плазму получали путем центрифугирования при 1000 g в течение 15 мин при +4^о С; биообразцы замораживали и хранили в Биобанке ФГБУ "НМИЦ ТПМ" при -70^о С до выполнения анализов.

На биохимическом автоанализаторе "Architect С8000" с использованием реагентов фирмы Abbott Diagnostics (США) определяли уровни глюкозы (глюкозооксидазным методом), вчСРБ (С-реактивный белок, определенный высокочувствительным иммунотурбидиметрическим методом) и креатинина (кинетическим методом). Концентрацию адипонектина определяли с помощью иммуноферментного анализа (BioVendor, Чехия).

Статистический анализ полученных данных проводили с использованием пакетов статистических программ Statistica v.10 и SPSSv.20. Для оценки отрезных точек непрерывных параметров использовали ROC-анализ с построением кривых для определения чувствительности и специфичности теста. Пороговый уровень определяли по сочетанию значений чувствительности и специфичности в месте пересечения кривых, в сумме дающих 100%. Шансом в каждой группе пациентов называли вероятность наличия исследуемого признака к вероятности его отсутствия. Для вычисления точечной оценки отношения шансов в группах и 95% доверительного интервала (ДИ) применяли модель бинарной логистической регрессии. Уровень значимости при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05.

Результаты

Ранее на представленной когорте пациентов были выполнены КАГ и ДС СА и БА с оценкой ряда визуализирующих параметров, проведены функциональные пробы, а также количественное определение широкого спектра биохимических показателей крови [23, 29, 30]. С целью неинвазивной детекции коронарного атеросклероза и его тяжести были сформированы и проанализированы различные математические модели, позволившие создать соответствующие диагностические шкалы с возможностью оценивать вероятность наличия и выраженности коронарного поражения в баллах.

На основании анализа биохимических показателей крови были отобраны параметры для формирования диагностической биохимической шкалы, позволяющей верифицировать пациентов с атеросклерозом КА или его отсутствием [30]. Однофакторный анализ с включением изученных биохимических показателей крови выявил, что с наличием атеросклероза КА ассоциированы повышенные уровни глюкозы ≥6,1 ммоль/л (р=0,004), вчСРБ ≥1 мг/л (р=0,005), креатинина ≥73 мкмоль/л (р=0,003), а также сниженный уровень суммарных метаболитов оксида азота <36 мкмоль/л (р=0,001); с субклиническим коронарным атеросклерозом − сниженный уровень метаболитов оксида азота <36 мкмоль/л (р<0,001); с наличием выраженного коронарного атеросклероза − повышенные уровни холестерина, не входящего в состав липопротеинов высокой плотности >2,2 ммоль/л (p<0,001), глюкозы ≥6,1 ммоль/л (p<0,001), вчСРБ ≥1 мг/л (p=0,008), и креатинина >73 мкмоль/л (p<0,001), а также сниженные уровни адипонектина <8 мкг/мл (p=0,003) и холестерина липопротеинов высокой плотности <1 ммоль/л у мужчин (p=0,006) и <1,2 ммоль/л у женщин (p=0,002). В результате анализа ряда многофакторных моделей в виде различных комбинаций биохимических показателей крови, ранее показавших свою значимость в однофакторных моделях, в качестве рабочей была выбрана биохимическая Модель, включающая глюкозу, вчСРБ, креатинин и адипонектин, которая оказалась значима для выявления атеросклероза КА любой степени (p<0,001) и выраженного поражения КА (p<0,001). Отклонение от нормы одного биохимического показателя, входящего в Модель, оценивали в 1 балл; диапазон значений составляет 0-4 балла (таблица 1).

Важно отметить, что количественное определение уровней глюкозы, креатинина, вчСРБ и адипонектина, вошедших в эту Модель, вполне доступно, что позволяет широко использовать её в практическом здравоохранении. Согласно суммарному баллу, полученному при измерении указанных биохимических показателей, пациентов можно реклассифицировать по вероятности наличия атеросклероза КА и по необходимости направить их на дополнительные исследования для подтверждения диагноза и определения выраженности атеросклеротического поражения.

В качестве еще одного инструмента диагностического поиска использовали результаты проведения функциональных проб. С этой целью были рассмотрены однофакторные и многофакторные модели логистической регрессии и проведен анализ связи различных комбинаций клинико-инструментальных параметров с атеросклерозом КА и степенью его выраженности. Выявлены следующие взаимосвязи: сочетание значения ПЦ <10% и ЛПИ <1,0 свидетельствовали о наличии атеросклероза КА любой степени, тогда как ПЦ <10% ассоциировалась c субклиническим атеросклерозом КА. Модель 1, включающая все три показателя с указанными отрезными точками (ПЦ <10%, ЛПИ <1,0 и ПЗР ЛП <4,2 см), оказалась значима для выявления выраженного атеросклероза КА (р<0,001). Однако при многофакторном анализе ЛПИ утратил свою значимость в определении выраженности атеросклероза КА, в связи с чем была рассмотрена многофакторная Модель 2, включающая только ПЦ и ПЗР ЛП (таблица 2). Эта Модель оказалась статистически значима для оценки наличия атеросклероза КА (р<0,001) и прогнозирования выраженного коронарного поражения (р<0,001).

Анализ ряда ультразвуковых параметров АСБ в СА и БА показал, что "высота максимальной АСБ", "средний стеноз" и "максимальный стеноз" артериального бассейна обладают более высокой прогностической значимостью по сравнению с другими ультразвуковыми (УЗИ)- параметрами. Среди рассмотренных УЗИ-характеристик АСБ в СА и БА лучшей статистической значимостью в выявлении наличия и выраженности атеросклероза КА обладали: "высота максимальной АСБ" с отрезной точкой 2 мм как для СА, так и для БА, "средний стеноз" с отрезной точкой 25% для СА и 30% для БА и "максимальный стеноз" с отрезной точкой 45% в обоих артериальных бассейнах. Отрезные точки УЗИ-параметров АСБ найдены с помощью ROC-анализа.

С использованием этих параметров были сформированы диагностические комплексы, на основе которых созданы две визуальные шкалы (ВШ) в баллах — отдельно для СА и БА. На основании высокой прогностической значимости обеих шкал они были объединены в одну, получившую название ВШ_ОБЩАЯ (таблица 3). С помощью ROC-анализа были найдены отрезные точки ВШ_ОБЩАЯ для диагностики атеросклероза КА разной степени выраженности.

Согласно полученным результатам, ВШ_ОБЩАЯ при значении ≥2 баллов с чувствительностью 75,5% свидетельствовала о наличии атеросклероза КА и позволяла исключить его со специфичностью 65,8%. Анализ модели бинарной логистической регрессии показал, что при значении ВШ_ОБЩАЯ ≥2 баллов шанс выявления атеросклероза любой степени возрастает в 5,9 раз (95% ДИ: 3,19-11,00; p<10-5), по сравнению с ВШ_ОБЩАЯ <2 баллов.

Показано, что значения ВШ_ОБЩАЯ >4 баллов с чувствительностью 86,1% свидетельствовали о выраженном атеросклерозе КА и со специфичностью 87,5% значения ВШ_ОБЩАЯ ≤4 баллов исключали его. Таким образом, ВШ_ОБЩАЯ с оценками 0-1 балл свидетельствует об отсутствии атеросклероза КА, 2-4 балла о наличии субклинического атеросклероза КА, >4 баллов — выраженного атеро-
склероза КА (таблица 3).

Итак, анализ комбинаций комплементарных диагностических инструментов позволил сформировать комплексы, обладающие статистической значимостью в выявлении коронарного поражения разной степени выраженности [23][29][30]. Для усиления статистической значимости предложенных диагностических комплексов в выявлении наличия и выраженности коронарного атеросклероза разработан и предложен ступенчатый алгоритм неинвазивной диагностики атеросклероза КА разной степени выраженности (рисунок 1). Для создания этого алгоритма применили кумулятивный подход с использованием изученных параметров, ранее разработанных диагностических комплексов и моделей, показавших свою значимость для диагностики коронарного атеросклероза.

Поскольку при диагностическом поиске у пациента в первую очередь обычно оценивают биохимические показатели крови, именно их предложено использовать на I ступени алгоритма для выявления пациентов с наличием или отсутствием атеросклероза КА. Пациенты, набравшие 0-2 балла на I ступени алгоритма, должны быть направлены на диспансерное наблюдение, а пациенты с суммарным количеством баллов 3-4 − на дальнейшее обследование. Распределение пациентов исследуемой когорты на I ступени показало возможность выявления атеросклероза КА любой выраженности с чувствительностью 55,2% и его исключения со специфичностью 63,0%.

Пациентам, оказавшимся на II ступени алгоритма, выполняется ДС СА и БА. На основании полученных данных рассчитывается ранее подробно описанная ВШ_ОБЩАЯ c расчетом суммарного балла и оценкой вероятности наличия атеросклероза КА [29]. Задачей алгоритма на II ступени является не только выявить атеросклероз КА, но и оценить его выраженность. В качестве отрезной точки ВШ_ОБЩАЯ для верификации наличия коронарного атеросклероза использовалась ранее найденная отрезная точка, равная 2 баллам. Как следует из таблицы 4, ВШ_ОБЩАЯ с суммарным баллом 0-1 свидетельствует об интактных КА, 2-4 балла о субклиническом атеросклерозе КА, >4 баллов о выраженном коронарном поражении. С помощью ROC-анализа и отрезной точки для ВШ_ОБЩАЯ, равной 2 баллам, показано, что выявление атеросклероза КА любой выраженности возможно с чувствительностью 58,9%, а его исключение со специфичностью 92,9%. Шанс выявления коронарного атеросклероза увеличивается в 7,4 раза (95% ДИ: 3,3-16,2; р<0,001) по сравнению с пациентами, набравшими по ВШ_ОБЩАЯ <2 баллов. Если использовать на II ступени алгоритма отрезную точку для ВШ_ОБЩАЯ, равную 4 баллам, шанс выявления выраженного коронарного поражения возрастает в 27 раз (95% ДИ: 1,8-31,4; р<0,001). Распределение пациентов исследуемой когорты на II ступени алгоритма повысило чувствительность алгоритма до 78,5% и специфичность до 77,8%. Число ложноположительных результатов составило всего 5,7%, ложноотрицательных — 16% (р<0,001). Таким образом, комплексное использование биохимических и УЗИ-маркеров повышает чувствительность и специфичность метода и снижает число ложноположительных результатов.

Пациенты, набравшие 2-4 балла по ВШ_ОБЩАЯ, могут быть сразу направлены на проведение нагрузочной пробы, что соответствует IV ступени алгоритма. Однако для усиления дискриминационной силы алгоритма добавлена III ступень, которая включила дополнительные УЗИ-параметры — ПЦ и ПЗР ЛП с соответствующими отрезными точками (таблица 2), показавшие свою достоверность в однофакторных и многофакторных моделях при диагностике атеросклероза разной степени выраженности. При отклонении параметров от ранее указанных для них отрезных точек, пациенту присваивается 1 балл за каждый показатель. Таким образом, суммарно на III ступени пациент получает от 0 до 2 баллов. В случае если пациент набирает 0 баллов, ему рекомендовано проведение пробы с физической нагрузкой, 1-2 балла — решается вопрос о проведении мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ) КА или КАГ. Прохождение III ступени алгоритма позволяет верифицировать группу пациентов с наличием атеросклероза КА, повысив чувствительность алгоритма до 90,3%.

На IV ступени пациенты проходят нагрузочную пробу (тредмил-тест, стресс-Эхо-КГ, стресс-Эхо-КГ с фармакологической нагрузкой). Выбор метода выбирается врачом индивидуально. При отрицательном результате нагрузочной пробы пациент продолжает плановое диспансерное наблюдение согласно рекомендованным стандартам, при положительном результате направляется на проведение МСКТ КА или КАГ. Курирующим врачом индивидуально решается вопрос о методе визуализации КА, т.е. МСКТ КА или КАГ, в зависимости от возможностей, рисков, ограничений или противопоказаний к тому или иному исследованию. Необходимо также отметить, что у пациентов, набравших по ВШ_ОБЩАЯ ≥2 баллов и имеющих ограничения или противопоказания к проведению нагрузочных проб, следует рассмотреть вопрос о выполнении МСКТ КА или КАГ.

На рисунке 1 представлен ступенчатый алгоритм неинвазивной оценки риска коронарного атеросклероза. Анализ представленного алгоритма с последовательным прохождением ступеней показал, что в результате шанс выявления атеросклероза КА любой степени увеличивается в 12,2 раз (95% ДИ: 5,1-38,0, р<0,001), а выраженного атеросклероза КА в 13,8 раза (95% ДИ: 12,3-30,2, р<0,001).

Обсуждение

Поиск и апробация методов неинвазивной/малоинвазивной диагностики коронарного атеросклероза, в т.ч. субклинического, занимают особое место в стратификации риска развития ССЗ у пациентов, особенно в отсутствие симптомов. Очевидно, что в эру персонализированной медицины одним из подходов к решению проблемы улучшения стратификации сердечно-сосудистого риска на основе новых или усовершенствованных уже существующих подходов может быть решена путем поиска новых маркеров, в т.ч. их различных сочетаний [11][24][31-33]. Действительно, вопрос об использовании биомаркеров широко обсуждается в литературе, включая анализ достоинств и недостатков уже известных диагностических и/или прогностических инструментов (например, вчСРБ, натрийуретические гормоны, сердечные тропонины), и результаты новейших разработок с использованием омикс-технологий [34]. Важно, что различные биомаркеры — от генетических до визуализирующих — обычно отражают активность того или иного биологического процесса и позволяют оценить атерогенный потенциал каждого индивидуума на ранних стадиях заболевания, т.е. до его клинических проявлений или развития осложнений [7][8].

Для оценки и прогнозирования сердечно-сосудистого риска разработано и верифицировано множество шкал, моделей, алгоритмов, позволяющих оценивать и прогнозировать риск развития ССЗ и их осложнений у лиц разного пола и возраста, разной этнической принадлежности и т.п. [35].

Алгоритмы оценки риска доступны для использования в клинической практике с помощью инструментов, обычно интерактивных и доступных в режиме онлайн. В настоящее время сайт www.U-prevent.com является единственным инструментом прогнозирования риска, предоставляющим алгоритмы прогнозирования для всех категорий пациентов, а его внедрение в клиническую практику предложено/рекомендовано Европейской ассоциацией профилактической кардиологии [36]. Вместе с тем, поскольку каждый алгоритм риска имеет свои ограничения, целесообразно для разных популяций/групп пациентов разрабатывать конкретные алгоритмы.

Настоящее исследование было выполнено с целью поиска новых биохимических и визуальных маркеров, изучения их потенциальных возможностей использования как отдельно, так и в совокупности с уже изученными биомаркерами для оценки вероятности наличия и выраженности коронарного атеросклероза, в т.ч. субклинического. В ходе исследования проведено количественное определение широкого спектра визуализирующих параметров, характеризующих функциональную активность сердца и сосудов [23, 29], а также ряд биохимических параметров крови, включая показатели липидного профиля, углеводного обмена, адипокины, продуцируемые висцеральной жировой тканью, маркеры воспаления [30], которые вошли в анализ и были использованы для построения диагностических комплексов и формирования представленного диагностического алгоритма.

За последние два десятилетия сделан большой шаг вперед в области визуализации атеросклероза. Действительно, традиционные методы визуализации не ограничиваются выявлением стенозов, а позволяют в рутинном режиме охарактеризовать состав бляшки, и многие из этих методов уже используются в качестве конечных точек в испытаниях новых лекарственных средств. Данные анатомической визуализации дополняются использованием молекулярных зондов, которые служат ценным инструментом ‒ исследователям для изучения механизмов заболевания, клиницистам для стратификации пациентов по степени риска, а фармацевтическим компаниям для поиска молекул-кандидатов на разработку фармакологических препаратов [37].

На основании полученных результатов по изучению совокупности клинико-инструментальных и биохимических показателей крови предложен ступенчатый алгоритм неинвазивной диагностики атеросклероза КА, основанный на мультимаркерном подходе, который позволяет оценить риск наличия атеросклеротического поражения КА и его выраженность. Алгоритм направлен на оценку вероятности наличия атеросклероза КА у бессимптомных пациентов и/или симптомных пациентов без отягощенного коронарного анамнеза; он доступен для применения в практическом здравоохранении и позволяет стратифицировать пациентов в зависимости от наличия и выраженности атеросклероза КА, а также выбрать оптимальную тактику ведения пациента.

Представленные в статье данные свидетельствуют о возможности использования комплекса клинико-инструментальных (визуализирующих) показателей в комбинации с метаболическими параметрами для выявления атеросклероза КА в наиболее ранней субклинической стадии вплоть до ее перехода в стадию выраженных гемодинамически значимых стенозов с поражением одной или нескольких артерий.

Ограничением исследования служит отсутствие внешней валидации предложенного инструмента, однако следует отметить, что в настоящее время проводится анализ данных по проспективному наблюдению обследованной когорты с оценкой исходов.

Заключение

Предложенный в настоящем исследовании диагностический алгоритм включает в себя визуализирующие характеристики, полученные при УЗИ СА и БА (количество и свойства АСБ, степень стеноза СА и БА), и анализ биохимических показателей крови (глюкозы, вчСРБ, креатинина и адипонектина).

Таким образом, для оценки коронарного атеросклероза и определения степени его выраженности целесообразно использовать комбинированную панель рутинно доступных клинико-инструментальных исследований и анализов крови.

Отношения и деятельность. Исследование выполнено в рамках государственного задания Минздрава России "Диагностические детерминанты болезней системы кровообращения: возможность выявления с помощью протеомного анализа" 2021-2023гг (рег. № 121021100122-3).