Лабораторно-инструментальная диагностика функции эндотелия, отражающей сосудистую жесткость: настоящее и перспективы. Обзор литературы

Введение

На протяжении многих лет сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) остаются ведущей причиной смерти в мире. По данным Росстата в 2022г число умерших от заболеваний сердечно-сосудистой системы составило 831557 человек (43,8% всех случаев смерти)¹. Одним из наиболее значимых факторов риска развития ССЗ, поддающимся модификации, является артериальная гипертензия (АГ), в патогенезе которой существенную роль играют функциональные и морфологические изменения сосудистого эндотелия [1][2].

Эндотелий сосудистой стенки представляет собой однослойный эпителий мезенхимного происхождения, выстилающий внутреннюю поверхность артерий, вен, сосудов микроциркуляторного русла, лимфатических сосудов, а также камер сердца [3]. Эндотелий выполняет в организме множество важных функций — это, в первую очередь, барьерная функция, вазомоторная, на поверхности эндотелия экспрессируется ангиотензинпревращающий фермент; эндотелиоциты участвуют в реакциях врожденного и адаптивного иммунитета; гемоcтатическая функция осуществляется за счет обеспечения тромборезистентности сосудистой стенки [4-7].

Бесспорный вклад в развитие АГ вносит избыточная сосудистая жесткость, для которой характерны количественные (утолщение фиброэластического компонента интимы, повышение накопления внеклеточного матрикса, повышение коллагенового компонента наряду со снижением эластического [8]) и качественные (сшивание молекул гликированного коллагена друг с другом, что приводит к потере эластичности коллагена и, как следствие, к снижению эластичности артерий и миокарда [9]) структурные изменения артериальной стенки, а также функциональны нарушения (преобладание вазоконстрикции над вазодилатацией) [10].

Дисфункция эндотелия (ДЭ) — это патологическое состояние, при котором возникает дисбаланс биологически активных веществ, характеризующийся гиперпродукцией вазоконстикторов, протромбогенных и провоспалительных факторов. ДЭ выступает одним из центральных звеньев патогенетических механизмов формирования и прогрессирования АГ [11], являясь одной из ключевых составляющих патофизиологического каскада, запускающего системное воспаление, а также изменение тонуса и проницаемости сосудистой стенки [12]. Именно поэтому определение функции эндотелия, отражающей сосудистую жесткость, имеет высокую практическую значимость в работе врача-клинициста.

Цель обзора — проанализировать и обобщить имеющиеся данные по инструментальной и лабораторной диагностике ДЭ, участвующей в формировании сосудистой жесткости.

Материал и методы

Для достижения цели обзора по исследуемой теме был проведен поиск и анализ отечественных и зарубежных литературных обзоров, оригинальных статей, монографий из баз данных PubMed, eLibrary и РИНЦ с использованием следующих ключевых слов: эндотелий (endothelium), сосудистая жесткость (artery stiffness), АГ (arterial hypertension), дисфункция эндотелия (endothelial dysfunction), маркеры эндотелиальной дисфункции (markers of endothelial dysfunction), сердечно-сосудистые заболевания (cardiovascular diseases). Поиск проводили по заголовкам, содержанию аннотаций, ключевым словам. Всего проанализировано 92 источника. Глубина поиска составила 5 лет для зарубежных источников и 10 лет для отечественных работ. Из анализа было исключено 37 публикаций, представленные только в виде абстракта. В обзоре также представлены источники, опубликованные ранее 2015г, если в них содержится ценная информация, касающаяся данной темы.

Работа выполнена в рамках государственного задания № 123020600126-7 "Выявление ранних предикторов сердечно-сосудистых заболеваний и ассоциированных состояний по данным 40-летнего наблюдения за лицами мужского пола (результаты проспективного и комплексного одномоментного исследований)".

Результаты

Одним из подходов к оценке сосудистой жесткости является характеристика функциональной активности эндотелия, нарушение которой приводит к его дисфункции. Очевидно, что подход к диагностике функции эндотелия должен быть комплексным, т.е. целесообразно использовать как инструментальные, так и лабораторные методы исследования.

Инструментальные методы исследования функции эндотелия

Инструментальные методы исследования функции эндотелия основаны на оценке жесткости сосудистой стенки, скорости распространения пульсовой волны (ПВ) и определении эндотелий-зависимой вазодилатации, что в совокупности отражает вазомоторную состоятельность стенки сосуда.

Одним из наиболее распространённых методов оценки ДЭ является окклюзионная проба, разработанная Celermajer DS, et al. (1992) [13]. Этот способ оценки функции эндотелия носит название "поток-опосредованная дилатация" (Flow Mediated Dilatation — FMD). Данное неинвазивное исследование проводится при помощи ультразвукового датчика высокого разрешения в несколько этапов. Прежде всего регистрируется исходный диаметр плечевой артерии, после чего производят пережатие плечевой артерии манжетой на 5 мин, при этом давление в манжете превышает систолическое на 50 мм рт.ст. Затем через 45-60 сек после снижения давления в манжете повторно оценивают диаметр плечевой артерии. Во время проведения пробы происходит эндотелий-опосредованное выделение NO (оксида азота), что, в свою очередь, приводит к расширению сосудов, тем самым отражая вазомоторную функцию, показатель которой можно оценить количественно [14]. Прирост диаметра плечевой артерии после окклюзии в норме составляет 7-10% [15]. Anderson TJ, et al. (1995) было проведено исследование, в результате которого была обнаружена корреляция периферической функции эндотелия, оцениваемой методом FMD, и эндотелиальной функцией коронарных артерий [16]. В другом исследовании оценивали возможность выявления и определения выраженности атеросклероза сосудистой стенки, основного органа-мишени при АГ, в частности брахиоцефальных, бедренных и коронарных артерий по состоянию эндотелиальной функции при помощи пробы Celermajer DS. Полученные результаты свидетельствуют о возможности верификации выраженного атеросклеротического поражения во всех исследуемых артериальных бассейнах, с использованием результатов этой пробы [17].

Наиболее простым и быстрым способом оценки вазомоторной функции эндотелия является метод анализа формы периферической ПВ, регистрируемой при помощи пальцевой фотоплетизмографии. На основании полученных данных рассчитывают ряд показателей. Это индекс жесткости сосуда (SI, Stiffness Index), индекс отражения (RI, Reflection Index) и Индекс аугментации (AI, Augmentation Index). SI отражает среднюю скорость распространения ПВ по крупным резистивным сосудам, которая на сегодняшний день считается "золотым стандартом" в оценке жесткости сосудистой стенки [18][19]. RI характеризует тонус мелких мышечных артерий. В ходе проведения ряда исследований была выявлена корреляция между показателем RI и сосудистым тонусом, что позволяет оценить функцию эндотелия [18][20]. Индекс AI характеризует вклад давления отраженной волны в пульсовое артериальное давление (АД). Именно эта составляющая пульсового АД существенно увеличивается при повышении артериальной жесткости, способствуя росту центрального АД и увеличению постнагрузки на миокард. Доступность и простота применения дают возможность использовать данный метод в эпидемиологических исследованиях [21]. В ходе исследования Mitchell G, et al. (2010) были сделаны выводы о том, что оценка состояния сосудистой стенки у пациентов с АГ методом контурного анализа ПВ позволяет диагностировать нарушения демпфирующей функции артериальных сосудов на более раннем этапе в сравнении с выявлением структурных изменений, проводимых при ультразвуковом дуплексном сканировании брахиоцефальных артерий [22].

Еще одним методом неинвазивной оценки артериальной жесткости является определение сердечно-лодыжечного сосудистого индекса — CAVI (Cardio-Ankle Vascular Index). Метод основан на расчете индекса жесткости β, а полученные данные не зависят от уровня АД в момент проведения исследования. Индекс CAVI отражает специфическую жесткость всего артериального сегмента, включая аорту на всем протяжении, которая, в свою очередь, ассоциируется с наличием и тяжестью коронарного атеросклероза и предлагается в качестве его предиктора [23]: чем выше показатель CAVI, тем большую жесткость имеет стенка сосуда. В исследовании Miyoshi T, et al. (2021) была получена значимая корреляция между индексом CAVI и толщиной комплекса интима-медиа по данным ультразвуковой допплерографии брахиоцефальных артерий [24]. Kotani K, et al. (2010) было проведено исследование, в результате которого обнаружили что, у пациентов с нормальными цифрами АД и с высокими значениями CAVI вероятность развития АГ в будущем была достоверно выше [25]. Еще в одном крупном исследовании, проведенном Nagayama D, et al. (2018), принимали участие лица без ССЗ в анамнезе. В ходе определения индекса CAVI было выявлено, что обнаружение повышенного уровня АД у пациентов было связно с повышенным уровнем CAVI [26].

Таким образом, спектр неинвазивных диагностических методов достаточно широк, однако с их помощью не всегда удается определить развитие ДЭ на ранних этапах [27].

Лабораторные методы исследования ДЭ

Использование лабораторных методов при изучении ДЭ позволяет оценить активность биохимических процессов, протекающих в клетках эндотелия, и охарактеризовать разные стороны функции эндотелия: вазомоторную, гемостатическую, иммунную, ангиогенную.

Вазомоторная функция, которая обеспечивает выработку вазоконстрикторов и вазодилататоров, является важнейшей функцией сосудистого эндотелия.

NO — основной эндогенный медиатор, обладающий широким набором свойств: он отвечает за регуляцию тонуса мелких и средних кровеносных сосудов, способствуя расслаблению гладкомышечных клеток сосудистой стенки, принимает участие в иммунных реакциях и выступает антитромбогенным фактором гемостаза [28]. Поскольку NO весьма нестабилен и имеет короткий период жизни, его прямой количественный анализ в крови человека достаточно сложен. На сегодняшний день описано большое многообразие методов количественной оценки суммарных метаболитов NO — нитритов и нитратов: электрохимические, флуоресцентные и хемилюминесцентные методы, капиллярный электрофорез, газовая хроматография и масс-спектрометрия, которые, однако в повседневной практике не применяются, т.к. требуется достаточно сложная подготовка больного к исследованию и наличие сложной аппаратуры. Вместе с тем, достаточно легко выполнимым является модификация одного из вариантов одноэтапного количественного определения суммарных метаболитов NO [29].

Одним из маркеров-кандидатов ДЭ считается ассиметричный диметиларгинин (АДМА) — эндогенный ингибитор NO-синтазы (фермента, который катализирует образование NO из L-аргинина эндотелиальных клетках). Повышение концентрации АДМА в крови ассоциировано с рядом патологических состояний, таких как АГ, ишемическая болезнь сердца (ИБС), системный атеросклероз и гиперхолестеринемия [30][31].

Основным вазоконстрикторным эндотелиальным фактором является пептид эндотелин-1 (ЭТ-1), высокая концентрация которого приводит к увеличению выработки в клетках эндотелия супероксид-аниона и развитию окислительного стресса, что сопровождается нарушением эндотелий-зависимой вазодилатации и приводит к инициации провоспалительных процессов. ЭТ-1 рассматривается как маркер-кандидат ДЭ при коронарном атеросклерозе. Было показано, что повышение уровня ЭТ-1 в плазме крови коррелирует с тяжестью хронической сердечной недостаточности (ХСН), отмечается при АГ, ишемическом инсульте и имеет прогностическое значение для течения ИБС [32][33].

Синдеканы представляют собой трансмембранные протеогликаны — важнейший компонент гликокаликса, который вырабатывается эндотелием и располагается в зоне раздела тока крови и эндотелиальных клеток. При воздействии провоспалительных цитокинов на эндотелий происходит деструкция гликокаликса, что приводит к высвобождению молекул адгезии, вызывая соприкосновение эритроцитов и тромбоцитов со стенкой сосуда с последующей адгезией, и запуская дальнейший воспалительный процесс [34]. В ряде исследований было показано, что повышение уровня синдекана-1 в плазме крови больных с острой декомпенсацией ХСН ассоциировано с более высоким риском развития острой почечной недостаточности, а у больных сахарным диабетом это соединение является специфическим маркером деструкции эндотелиального гликокаликса [35][36]. Еще одной биомолекулой, ассоциированной с ДЭ, является синдекан-4. Опубликованы результаты исследования, проведенного Lipphardt М, et al. (2020), которые показали, что у лиц с резистентной АГ уровень синдекана-4 повышен в сравнении с условно здоровыми лицами.

Противовоспалительная функция эндотелия. К биологически активным факторам, продуцируемым эндотелиальными клетками, относятся медиаторы, влияющие на воспаление (провоспалительные и противовоспалительные).

Пентраксин-3 (PTX-3) — белок острой фазы воспаления из семейства пентраксинов, к которому относится и С-реактивный белок, способствует развитию сосудистого воспаления и ДЭ. На сегодняшний день проведен ряд исследований, которые подтвердили взаимосвязь между РТХ-3 и ДЭ. PTX-3 изучался как потенциальный маркер ССЗ, включая АГ, ХСН, ИБС, инфаркт миокарда [37]. Liu H, et al. (2015) в своем исследовании обнаружили более высокий уровень PTX-3 в плазме крови у пациентов с ХСН в сравнении с контрольной группой; кроме того, этот показатель увеличивался наряду с повышением функционального класса ХСН согласно классификации Нью-Йоркской ассоциации сердца — NYHA (New York Heart Association) [38]. Для измерения уровня PTX-3 применяется метод ИФА (у здоровых людей уровень PTX-3 составляет <2 нг/мл) [39].

Одним из регуляторов воспаления является фермент нейтрофильная эластаза (НЭ), причем в разных ситуациях она может выступать и как провоспалительный, и как противовоспалительный агент. Наиболее высокая концентрация НЭ обнаруживается в нейтрофилах, незначительные концентрации определяются в моноцитах и Т-лимфоцитах, а также в эндотелиальных и гладкомышечных клетках сосудов. В экспериментальных моделях АГ у животных было показано, что увеличение механических нагрузок на кровеносные сосуды при остром повышении уровня АД способствует увеличению синтеза эластина и коллагена в артериях, с последующим значительным увеличением продукции НЭ [40]. Поскольку НЭ вовлечена в патогенез ряда хронических неинфекционных заболеваний, в частности ССЗ, ее можно рассматривать в качестве маркера-кандидата для оценки риска их развития. Определить активность НЭ можно при помощи кинетического метода, а концентрации — методом иммуноферментного анализа [41].

К довольно мощным медиаторам воспаления относится интерлейкин (ИЛ)-18 роль которого была показана в развитии многих патологических состояний: сахарный диабет, ревматоидный артрит, метаболический синдром, атеросклероз и др. [42-44]. Так, O'Brien LC, et al. (2014) на животных моделях острого инфаркта миокарда и дисфункции левого желудочка было продемонстрировано повышение ИЛ-18, что было сопряжено с развитием гипертрофии кардиомиоцитов и дисфункции миокарда [45]. В исследовании Güntürk EE, et al. (2021) изучалась взаимосвязь между уровнем ИЛ-18 и изменениями показателей суточного АД у пациентов с впервые диагностированной АГ. Согласно предоставленным данным, уровень ИЛ-18 в сыворотке крови был выше у пациентов с АГ в сравнении с контрольной группой. Повышение уровня ИЛ-18 было ассоциировано с более высоким уровнем систолического и диастолического АД в ночное время [46], вероятно, отражая связь между провоспалительной активностью эндотелия и АГ.

Адгезионная функция. Выявление и оценка нарушений адгезионной функции сосудистого эндотелия возможны за счет определения концентрации в сыворотке крови растворимых форм продуцируемых им адгезионных молекул. В качестве перспективных адгезионных молекул рассматривают Р-селектин и Е-селектин, изменения уровня которых отражают нарушения адгезивной функции эндотелия. Действительно, Р- и Е-селектины играют ключевую роль в процессе роллинга лейкоцитов, их прикрепления к эндотелию и последующей миграции в межклеточное пространство. Р-селектин хранится в тромбоцитах и эндотелиальных клетках и попадает в кровь при стимуляции или повреждении эндотелия. Е-селектин экспрессируется только в поврежденном эндотелии, тогда как интактный эндотелий его практически не экспрессирует [47][48].

Гемостатическая функция. Наиболее распространенными соединениями, повышение концентрации которых свидетельствует о нарушении тромборезистентности эндотелия, являются: фактор фон Виллебранда (vWF), тромбомодулин, тканевой активатор плазминогена и его ингибиторы. При воспалении внутри сосуда vWF опосредует усиленную агрегацию тромбоцитов и их адгезию к эндотелию сосудов. Высокая концентрация vWF отмечается при многих патологических состояниях, развивающихся на фоне острого или хронического повреждения клеток эндотелия. Так, в настоящее время получены доказательства того, что vWF может служить маркером-кандидатом ДЭ при АГ, фибрилляции предсердий и даже при тяжелом течении хронической обструктивной болезни легких [49][50].

Для оценки антикоагулянтной функции эндотелия в сыворотке крови определяют уровень тромбомодулина (ТМ). У здоровых людей концентрация ТМ в крови относительно низкая, а повышение уровня ТМ свидетельствует о повреждении эндотелия сосудов [51]. На сегодняшний день пороговые значения концентрации ТМ, превышение которых свидетельствует о повреждении эндотелия сосудов, не установлены. Однако известно, что при повреждении эндотелия, сопровождающемся протеолизом, концентрация ТМ в плазме крови увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с нормой у здоровых людей [52]. Согласно данным исследований Li F, et al. (2023), уровень ТМ >676,68 пг/мл с высокой чувствительностью (100%) и специфичностью (86,7%) указывает на нарушение целостности эндотелия, особенно при сочетании с другими маркерами, такими как vWF [53].

Еще одним патогенетическим механизмом ДЭ при механическом повреждении стенки сосуда (например, повышенная жесткость при АГ) может быть апоптоз эндотелиальных клеток, который сопровождается их слущиванием с сосудистой стенки. Такие дэсквамированные клетки обнаруживаются в периферической крови и называются "циркулирующие эндотелиальные клетки" (ЦЭК). В настоящее время для определения и подсчета количества ЦЭК применяется метод проточной цитофлуориметрии с использованием флуоресцентно меченых моноклональных антител CD146-PE [54]. В физиологических условиях гибель и попадание в кровеносное русло эндотелиальных клеток происходит в определенном количестве, а повышение уровня ЦЭК в крови происходит при их повреждении. На основании этого повышение уровня ЦЭК рассматривают как универсальный маркер ДЭ, ассоциированный с ИБС, ишемическим инсультом и ИМ [55]. Очевидно, что его оценка позволит прогнозировать течение заболеваний и оценивать эффективность терапии.

Заключение

Таким образом, нарушение функции эндотелия является одним из самых ранних доклинических проявлений повреждения сосудистой стенки; именно поэтому большое значение имеет оценка его структуры и функционального состояния. Результаты многочисленных исследований подтверждают актуальность разработки и совершенствования подходов к неинвазивной диагностике ДЭ. Дальнейшее изучение уже имеющихся маркеров-кандидатов ДЭ и поиск новых имеют существенное значение для разработки методов ранней диагностики АГ, особенно у лиц молодого и среднего возраста, не имеющих развернутых клинических проявлений заболевания.

На сегодняшний день в литературе представлено большое многообразие публикаций, в которых рассматриваются потенциально возможные маркеры ДЭ. Обзор посвящен анализу конкретно тех параметров, которые отражают сосудистую жесткость. В качестве наиболее простых и удобных способов оценки артериальной жесткости можно рассматривать такие инструментальные методы исследования как объемная сфигмография, позволяющая оценить CAVI, фотоплетизмография, позволяющая рассчитать такие параметры жесткости артерий, как SI и AI. В дополнение к инструментальным методам целесообразно определять такие биохимические показатели как ЭТ-1, АДМА, Р-селектин, активность НЭ, что позволит осуществить комплексный подход к оценке сосудистой жесткости, в т.ч. у больных АГ.

Отношения и деятельность. Работа выполнена в рамках государственного задания № 123020600126-7 "Выявление ранних предикторов сердечно-сосудистых заболеваний и ассоциированных состояний по данным 40-летнего наблюдения за лицами мужского пола (результаты проспективного и комплексного одномоментного исследований)".