Оценка метаболитов пуринового обмена после аортокоронарного шунтирования у пациентов с избыточной и нормальной массой тела

Введение

Cердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) остаются наиболее серьёзной проблемой здравоохранения во многих странах мира, включая Казахстан¹ [1]. Роль фатальных осложнений ССЗ в мировом масштабе имеет большое значение, поскольку они являются ведущей причиной в структуре смертности населения². По прогнозу Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), к 2030г у 23,6 млн человек трудоспособного возраста смерть может наступить от ССЗ³. Широкое применение интервенционных методов лечения позволило добиться прогресса в лечении ССЗ. Вместе с тем последующие этапы реабилитации обнажили серьезные проблемы, возникающие вследствие развивающихся постреперфузионных осложнений [2-6].

Немаловажную роль в развитии ССЗ играет метаболический синдром, одним из компонентов которого является избыточная масса тела (ИзбМТ) или абдоминальное ожирение, которое называют новой неинфекционной "эпидемией" XXIв⁴.

По последним оценкам ВОЗ⁵ [7], >1 млрд человек на планете имеет избыточный вес и отмечается тенденция к дальнейшему увеличение числа лиц с ИзбМТ, в особенности среди трудоспособного населения. ИзбМТ в настоящее время рассматривается как независимый фактор риска ССЗ⁶. Однако по сравнению с ожирением ИзбМТ недостаточно принимается во внимание при определении рисков развития постреперфузионных осложнений у пациентов, перенесших вмешательство на коронарных сосудах сердца, в послеоперационном периоде на различных стадиях реабилитационного процесса.

Анализируя данные, полученные в процессе проведенных исследований [8][9], можно сделать вывод о негативном влиянии ИзбМТ на функциональные возможности сердца. Отмечается, что более высокие значения индекса массы тела (ИМТ) коррелируют с развитием атеросклероза в шунтах. Ряд исследователей считает, что избыточный вес может стать причиной развития нежелательных явлений после реваскуляризации миокарда и самостоятельным предиктором повышенного риска смерти у пациентов, перенесших аортокоронарное шунтирование (АКШ) [10][11].

Восстановление кровотока купирует ишемическое повреждение, но парадоксальным образом может запустить независимое повреждение, вызываемое реперфузией. Впервые 65 лет назад Jennings RM (1960г) [12] предложил концепцию реперфузионных поражений, которую обосновал в эксперименте на изолированных сердцах собак. В этих экспериментах миокард собаки в течение 60 мин подвергался реперфузии, при которой наблюдалась повреждение, соответствовавшее некрозу, возникающему после 24-часовой окклюзии коронарной артерии.

На сегодняшний день актуальным является поиск новых биохимических маркеров ранней диагностики осложнений после реваскуляризации миокарда. В частности, интерес вызывает изучение роли пуринов в развитии патологических процессов в реваскуляризированном миокарде у пациентов с ИзбМТ.

Основными пуриновыми основаниями являются аденин и гуанин, а интермедиатами в процессах их метаболизма являются ксантин и гипоксантин Конечным продуктом катаболизма пуринов является окисленное пуриновое основание — мочевая кислота. Свое действие на клетки пурины осуществляют путем активации специфических рецепторов, которые широко представлены в клетках кровеносных сосудов, миокарда и других органов [13]. Типы пуриновых Р2Y-рецепторов различаются в зависимости от состояния миокарда: в здоровом сердце и в кардиомиоцитах при сердечной недостаточности они имеют разную структуру, что подтверждает их роль в регуляции функций миокарда [14]. В связи с этим представляется актуальным изучение пуринового обмена у пациентов с ИзбМТ после АКШ.

Цель исследования — изучить динамику пуринового обмена у пациентов с ИзбМТ, перенесших АКШ, в ранний послеоперационный период и на этапах реабилитации в сравнении с таковой у пациентов с нормальной массой тела (НорМТ).

Материал и методы

Проведено проспективное исследование в соответствии со стандартами надлежащей клинической практики (Good Clinical Practice) и принципами Хельсинкской Декларации. Исследование было одобрено Комитетом по биоэтике Некоммерческого акционерного общества "Медицинский университет Караганды", протокол № 16 от 15.03.2021.

В работу были включены 155 пациентов, из них них 87 (56%) мужчин и 68 (44%) женщин в возрасте 35-65 лет с однососудистым поражением коронарного русла, которым проведено АКШ. Средний возраст составил 59±6 лет. Пациентам было проведено традиционное АКШ, которое выполнялось путем срединной стернотомии при искуственном кровообращении.

Критерии включения: пациенты с НорМТ и ИзбМТ при ИМТ от 25 до 29,9 кг/м² после АКШ. Критерии невключения: острый инфаркт миокарда, хроническая сердечная недостаточность ІІІ-IV функционального класса; острые нарушения мозгового кровообращения; сахарный диабет 1 и 2 типа в состоянии декомпенсации; ожирение І-ІІІ ст.

Больные были разделены на 3 группы: 1 группу составили 85 пациентов после АКШ с ИзбМТ (ИМТ =28,0±0,9 кг/м²), из них 48 мужчин и 37 женщин; во 2 группу вошли 70 пациентов после АКШ НорМТ (ИМТ =23,3±1,1 кг/м²), из них 39 мужчин и 31 женщина. У пациентов и 1, и 2 группы в предреваскуляризационном периоде и далее на этапах реабилитации клиники стенокардии не было. Группу контроля (3 группа) составили 30 добровольцев соответствующего возраста без острых и хронических заболеваний с ИМТ 20,4±0,7 кг/м², из них 19 мужчин и 11 женщин.

До начала исследования от всех пациентов и здоровых лиц было получено информированное согласие на участие в исследовании.

Исследование проведено в ранний послеоперационный период и в сроки, установленные приказами № 116 и № 65 Министерства здравоохранения Республики Казахстан для трех этапов кардиореабилитации

Изменение метаболитов пуринового обмена оценивалось в динамике: на 1 сут. после восстановления кровотка в областном кардиохирургическом центре, а также на 1 (от 1 до 3 мес.), 2 (от 3 до 6 мес.), 3 (от 6 мес. до 1 года) этапах реабилитации в кардиореабилитационном центре "Тулпар".

Лечение пациентов обеих групп было унифицированным, соответствующим стандартам, вне зависимости от массы тела. На стационарном уровне пациенты получали традиционное лечение (кардиопротективная, антиагрегантная, гипотензивная, антиангинальная, гиполипидемическая терапия). В реабилитационном центре подключались соответствующие программы (лечебная физкультура, дыхательная гимнастика, массаж, физиотерапевтические процедуры — по показаниям) в сочетании со стандартами кардиопротективной терапии.

Пурины и их промежуточные продукты, гуанин, гипоксантин, аденин, ксантин и мочевую кислоту определяли в плазме венозной крови и в эритроцитах методом прямой спектрофотометрии (модель "PD — 303UV", Япония, согласно методу Орешникова Е. В. и др. (2008) [15]. В стандартную стеклянную пробирку вносили 0,3 мл плазмы (отмытых эритроцитов) крови. Затем проводили термокоагуляцию на кипящей водяной бане в течение 5 мин. Обязательным условием являлось активное кипение во избежание дефрагментации коагулянта. После остывания при комнатной температуре в течение нескольких мин в пробирку наливали 3 мл бидистиллированной воды. Через 30 мин инкубации при 37 °С измеряли экстинкцию экстракта против чистого экстрагента (бидистиллированная вода) в кювете с длиной оптического хода 10 мм. При этом исходили из того, что экстинкции при длине волны 246, 250, 261, 276 и 293 нм, соответственно, отражают концентрации в плазме и эритроцитах крови гуанина, гипоксантина, аденина, ксантина и мочевой кислоты. Концентрацию пуринов и их катаболитов выражали в единицах экстинкции (ед.экст.), концентрацию мочевой кислоты — в мкмоль/л. Для расчета концентрации пуринов/катаболитов использовали формулу: C=E×1000, где: С — концентрация метаболитов пуринового обмена, выраженная в ед.экст.; Е — измеренное значение оптической плотности (экстинкции) исследуемого образца при соответствующей длине волны (обычно определяется спектрофотометрически); 1000 — коэффициент пересчёта оптической плотности (экстинкции) в условные единицы концентрации.

Статистический анализ данных проводился с помощью программного обеспечения SPSS 27.0 и и MedCalc версии 22. Данные представлены в виде таблиц и графиков с использованием программного обеспечения GraphPad PrismTM (версия 7). Оценка нормальности распределения осуществлена с помощью критерия Колмогорова-Смирнова.

Количественные показатели, учитывая распределение, отличное от нормального, описаны с использованием медианы (Ме) и интерквартильного размаха (Q25; Q75). Учитывая непараметрическое распределение данных, сравнительный анализ количественных данных между группами был проведен с использованием шкалы Манна-Уитни или Краскела-Уоллиса. Сравнительный анализ количественных данных в динамике был проведен с использованием критерия Фридмана. Точность предиктора определялась площадью под ROC-кривой (AUC) (of the receiver operating characteristic, ROC). AUC с 95% доверительным интервалом (ДИ) были рассчитаны для оценки диагностического значения ИМТ. С помощью ROC-анализа было определено оптимальное значение порога классификации или порога отсечения (cut-off value), который соответствовал точке на ROC-кривой с наибольшим показателем чувствительности при наименьшем значении ложноположительных результатов. Указанная точка на кривой определялась с помощью расчёта индекса Youden. Статистические тестовые различия считались значимыми при значении p<0,05.

Результаты

Характеристика пациентов исследуемой выборки по возрасту, полу и антропометрическим данным представлена в таблице 1. В исследовании приняло участие 87 (56%) мужчин, что в 1,2 раза больше, чем женщин — 68 (44%). Возрастной диапазон обследованных укладывался в интервал 52-64 лет. Среднее значение возраста составило 59±6 лет. ИзбМТ в 1 группе характеризовалась соответствующим индексом, который балансировал около нижнего порога ожирения или верхней границы ИзбМТ (ИМТ 28,0±0,9 кг/м²), 2 группа устойчиво сохраняла массу тела в пределах нормальных значений, ИМТ составил 23,3±1,1 кг/м². Площадь поверхности тела в 1 группе составила 2,4±0,18 м², во 2 группе — 1,7±0,11 м². Соответственно достоверно различались площади поверхности тела у обследуемых групп (таблица 1).

В таблице 2 представлены уровни метаболитов пуринового обмена обследованных лиц. Все показатели в 1 и во 2 группах были статистическии значимо (p<0,05) повышены по сравнению с контрольной группой. Следует отметить и статистически значимое (p<0,05) повышение данных показателей в 1 группе по сравнению со 2 (таблица 2).

На рисунке 1 представлена динамика изменений пуринового обмена в плазме крови на этапах реабилитации. Согласно полученным результатам, метаболиты пуринового обмена в плазме крови были статистически значимо повышены в 1 группе по сравнению со 2 группой.

Интермидиаты пуринового обмена в эритроцитах крови были статистически значимо выше в 1 группе по сравнению со 2 группой на 3 этапе реабилитации (рисунок 2). Обращает на себя внимание, что в 1 группе наиболее значимым оказалось повышение в плазме уровней гуанина и мочевой кислоты, а в эритроцитах — аденина и гипоксантина. Во 2 группе отмечается тенденция поэтапного снижения показателей интермидиатов пуринового обмена, тогда как в 1 группе уровень пуринов, поэтапно снижаясь, резко повышается на 3 этапе реабилитации.

Для анализа взаимосвязи между ИМТ и показателями пуринового обмена, а также для оценки их вклада в развитие постреперфузионных нарушений после АКШ был проведён регрессионный анализ метаболитов пуринового обмена на различных этапах реабилитации (рисунок 3, таблица 3).

Результаты анализа показали, что на 1 и 2 этапах реабилитации статистически значимых ассоциаций между ИМТ и концентрациями пуриновых метаболитов не выявлено (p=0,348 и p=0,380, соответственно). Однако на 3 этапе реабилитации установлена достоверная связь между увеличением ИМТ и ростом уровня метаболитов пуринового обмена, что указывает на участие ИзбМТ в активации метаболических процессов, ассоциированных с ишемией и воспалением миокарда. При увеличении ИМТ на одну единицу отношение шансов (odds ratio, OR) составило 1,36 (95% доверительный интервал, ДИ): 1,01-1,83; p=0,040), что свидетельствует о повышении вероятности выраженных изменений пуринового обмена у пациентов с ИзбМТ.

Для количественной оценки диагностической ценности ИМТ в выявлении выраженных изменений пуринового обмена у пациентов после АКШ использован ROC-анализ. Построенная ROC-кривая позволила определить площадь под кривой (AUC=0,739; 95% доверительный интервал ДИ: 0,569-0,869; p=0,038), что свидетельствует о достаточной диагностической точности ИМТ. Пороговое значение ИМТ составило 28,1 кг/м², при этом чувствительность составила 71,4%, а специфичность — 100%. Данный порог отражает границу, выше которой риск выраженных метаболических нарушений, ассоциированных с постреперфузионными осложнениями, существенно возрастает.

Эти данные свидетельствуют о том, что ИзбМТ является значимым метаболическим фактором, способствующим активации пуринового катаболизма на поздних этапах реабилитации после АКШ, что может отражать возобновление патологических процессов ишемическо-воспалительного характера.

Таким образом, у пациентов с ИзбМТ отмечается тенденция к нарастанию пуринового дисбаланса в поздний реабилитационный период, что может рассматриваться как ранний биохимический маркер риска развития постреперфузионных нарушений.

Обсуждение

Полученные данные позволяют предположить, что выявленная динамика показателей пуринового обмена у пациентов с ИзбМТ после АКШ отражает вовлечение пуриновых метаболитов в патологические процессы, инициированные окислительным стрессом. Повышение уровней пуринов и их катаболитов может свидетельствовать об активации цепи биохимических реакций, лежащих в основе ишемически-реперфузионного повреждения миокарда и связанных с ним осложнений. Известно, что окислительный стресс играет ключевую роль в развитии и прогрессировании целого ряда заболеваний — атеросклероза, хронической сердечной недосататочности, артериальной гипертензии, кардиопатии, почечной недостаточности, сахарного диабета и других патологических состояний^7,8 [16-22].

В условиях избытка активных форм кислорода нарушается энергетический обмен кардиомиоцитов, что сопровождается усиленным катаболизмом пуринов и накоплением их конечных продуктов (гипоксантина, ксантина, мочевой кислоты).

В настоящем исследовании именно уровни пуриновых оснований и их катаболитов рассматривались как потенциальные биохимические маркеры постреперфузионных нарушений, а ИМТ использовался в качестве клинико-антропометрического модификатора, влияющего на выраженность метаболических изменений. Установленные различия между группами указывают на возможную роль пуринового обмена в патогенезе постреперфузионного повреждения миокарда у пациентов с ИзбМТ.

Не вызывает сомнений, что пуриновый обмен претерпевает изменения при различных патологических состояниях. Установлены его нарушения при ревматических заболеваниях [23], болезнях мочеполовой системы [24], органов дыхания [25]. Однако в настоящей работе пациенты с острыми патологическими процессами и обостренями хронических заболеваний в исследование не включались.

Повышение концентрации пуриновых метаболитов в плазме крови может быть обусловлено несколькими патогенетическими механизмами.

Первый механизм связан с ишемически-реперфузионным повреждением миокарда. В условиях ишемии вследствие дефицита кислорода и энергии в кардиомиоцитах происходит ускоренный распад адениновых нуклеотидов: аденозинтрифосфат (АТФ) → аденозиндифосфат (АДФ) → аденозинмонофосфат (АМФ) → гипоксантин, ксантин и мочевая кислота). После восстановления кровотока развивается феномен "ишемически-реперфузионного парадокса", при котором внезапное поступление кислорода вызывает чрезмерную генерацию активных форм кислорода. Эти радикальные соединения инициируют окислительный стресс, повреждающий мембраны и митохондрии кардиомиоцитов, что приводит к их апоптозу и некрозу. Разрушение клеток, в свою очередь, сопровождается выходом пуриновых оснований и их катаболитов в системный кровоток, что и проявляется ростом их концентрации в плазме [26][27].

Второй механизм повышения уровней пуринов связан с нарушением их обратного транспорта и утилизации клетками. В норме пуриновые основания частично реутилизируются через систему пуринового "спасательного" пути с участием ферментов гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы. При метаболическом стрессе, характерном для пациентов с ИзбМТ, активность этих ферментов снижается, а экспрессия пуриновых транспортеров и рецепторов (P1- и P2Y-рецепторов) на клеточных мембранах нарушается. Это приводит к накоплению внеклеточных пуринов, особенно гипоксантина и мочевой кислоты, и дальнейшему усилению окислительных процессов [28].

Таким образом, оба механизма — усиленный катаболизм пуринов в условиях ишемии-реперфузии и нарушение их утилизации — способствуют системному повышению уровня пуриновых метаболитов, отражая активацию окислительного стресса и клеточного повреждения у пациентов после АКШ, особенно при наличии ИзбМТ.

В условиях ишемии и реперфузии наблюдается активация катаболизма адениновых нуклеотидов, что сопровождается снижением общего пула АТФ, АДФ и АМФ в клетках миокарда. Этот процесс связан с действием фермента АМФ-дезаминазы, катализирующей превращение АМФ в инозинмонофосфат. Фермент активируется при снижении энергетического заряда клетки, т.е. при дефиците АТФ и избытке АДФ/АМФ, что отражает нарушение энергетического метаболизма кардиомиоцитов. В результате усиливается образование промежуточных продуктов пуринового обмена — инозина, гипоксантина, ксантина и конечного метаболита — мочевой кислоты, концентрация которых возрастает как внутри, так и вне клеток.

Ишемически-реперфузионный парадокс сопровождается разобщением окислительного фосфорилирования в митохондриях, нарушением функционирования электрон-транспортной цепи и снижением синтеза АТФ. Эти процессы приводят к повреждению мембран и гибели кардиомиоцитов, что сопровождается выходом пуриновых соединений в плазму крови [29-31].

Дополнительный вклад в повышение внеклеточной концентрации пуринов вносит апоптоз — контролируемая форма клеточной гибели, при которой из разрушающихся клеток высвобождаются низкомолекулярные нуклеотиды и их производные. Они выходят во внеклеточное пространство, где подвергаются последовательному катаболизму с образованием гипоксантина, ксантина и мочевой кислоты [32].

У пациентов с ИзбМТ эти механизмы выражены в большей степени. Согласно данным Furuhashi M, et al., 2020 [33], жировая ткань является значимым источником гипоксантина, и его концентрация положительно коррелирует с ИМТ. Авторы показали, что гипоксия в адипоцитах усиливает активность ксантиноксидазы и повышает продукцию гипоксантина, который далее окисляется до ксантина и мочевой кислоты. Этот каскад способствует развитию системного окислительного стресса и воспаления, что подтверждает метаболическую активность эпикардиальной и висцеральной жировой ткани как дополнительного источника пуриновых катаболитов.

Таким образом, результаты настоящего исследования, показавшие достоверное повышение уровней пуринов и их катаболитов после АКШ у пациентов с ИзбМТ по сравнению с пациентами с НорМТ, согласуются с выводами Furuhashi M, et al. о ключевой роли жировой ткани в регуляции пуринового обмена и генерации окислительного стресса.

Совокупность этих данных позволяет предположить, что увеличение содержания катаболитов пуринового обмена в плазме крови отражает степень ишемически-реперфузионного повреждения миокарда и выраженность метаболического дисбаланса, который усиливается у лиц с ИзбМТ. Вероятно, именно это определяет менее эффективное восстановление после АКШ и объясняет нарастание пуринового катаболизма к 3 этапу реабилитации.

Заключение

У пациентов с ИзбМТ после АКШ уровни метаболитов пуринового обмена в среднем выше в плазме крови на 13,5%, в эритроцитах крови на 12,2% по сравнению с данными показателями у пациентов с НорМТ, также перенесших АКШ.

Установлено, что у пациентов с ИзбМТ после АКШ наиболее значимо изменяется концентрация таких метаболитов пуринового обмена как гуанин и мочевая кислота, которые повышены в плазме в 1,4 раза; аденина и гипоксантина, которые повышены в эритроцитах в 1,3 раза, по сравнению с уровнем данных метаболитов у пациентов с НорМТ.

У пациентов с ИзбМТ уровень метаболитов пуринового обмена резко повышается после АКШ на 3 этапе реабилитации по сравнению с таковым на 1 и 2 этапах, что предполагает возобновление активности патологического процесса (ишемии, воспаления).

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.