CC BY
16
medical & pharmaceutical
JOURNAL "PULSE"
2022. Vol.24. №5
RESEARCH ARTICLE 3. Medical sciences
УДК 616.12-008
Corresponding Author: Plotnikova Maria Olegovna - Senior Lecturer, Department of Immunology and Specialized Clinical Disciplines, Orel State University named after I. S. Turgenev, Oryol, Russia
E-mail revyakina_masha@mail.ru
© Plotnikova M.O., Snimshchikova I. A., Shkodkina S.A. - 2022
Received: 07.05.2022 | Accepted: 19.05.2022
Doi: http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2686-6838-2022-24-5-63-67
DIAGNOSTIC SIGNIFICANCE OF OXIDATIVE STRESS IN PATIENTS WITH CORONARY HEART DISEASE
Plotnikova M.O., Snimshchikova I. A., Shkodkina S.A.
Orel State University named after I.S. Turgenev, Orel, Russian Federation
ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА У ПАЦИЕНТОВ С ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ СЕРДЦА
Плотникова М. О., Снимщикова И.А., Шкодкина С.А.
ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева», г. Орёл, Российская Федерация
Abstract. Cardiovascular diseases remain the leading cause of death in recent decades worldwide, especially in developed countries. Cardiovascular pathology can begin with risk factors that can cause local vascular damage and end with systemic complications leading to organ failure and death, which makes it necessary to understand the biochemistry of events associated with the entire process of progression of cardiovascular diseases and is crucial for diagnosis, prevention and treatment. It is known that the state of blood vessels is influenced by multiple factors of hemodynamic conditions, extracellular signaling proteins, including interleukins, cytokines, and intracellular biochemical molecules, including reactive oxygen and nitrogen species. The aim of the work was to evaluate the factors of oxidative stress and antioxidant protection in patients with coronary heart disease. The study included 96 patients of working age with a verified diagnosis of coronary artery disease. Statistical analysis was carried out using the StatTech v. 2.6.5. To assess the diagnostic significance of quantitative signs in predicting a certain outcome, the method of analyzing ROC curves was used. The article presents data on the quantitative content of nitric oxide, myeloperoxidase, superoxide dismutase in the blood serum of patients with coronary heart disease (acute myocardial infarction and unstable angina pectoris), describes the relationship between changes in their level, and assesses the diagnostic significance of the studied parameters. The obtained data on the production of nitric oxide, myeloperoxidase and superoxide dismutase in patients with acute myocardial infarction and unstable angina indicate an important prognostic value of assessing oxidative stress and the antioxidant system for early risk stratification of adverse outcomes in patients with coronary heart disease.
Key words: coronary heart disease, nitric oxide, myeloperoxidase, superoxide dismutase, oxidative stress.
Аннотация. Сердечно-сосудистые заболевания остаются ведущей причиной смерти в последние десятилетия во всем мире, особенно в развитых странах. Кардиоваскулярная патология может начинаться с факторов риска, способных вызвать локальное поражение сосудов, и заканчиваться системными осложнениями, приводящими к органной недостаточности и смерти, что обуславливает необходимость понимания биохимии событий, связанных со всем процессом прогрессирования сердечно-сосудистых заболеваний, и имеет решающее значение для диагностики, профилактики и лечения. Известно, что на состояние кровеносных сосудов влияют множественные факторы гемодинамических состояний, внеклеточные сигнальные белки, включая интерлейкины, цитокины, и внутриклеточные биохимические молекулы, включая активные формы кислорода и азота. Целью работы была оценка факторов окислительного стресса и антиоксидантной защиты у пациентов с ишемической болезнью сердца. В проводимое исследование вошли 96 пациентов трудоспособного возраста с
верифицированным диагнозом ИБС. Статистический анализ проводился с использованием программы StatTech v. 2.6.5. Для оценки диагностической значимости количественных признаков при прогнозировании определенного исхода, применялся метод анализа ROC-кривых.
В статье приведены данные о количественном содержании в сыворотке крови пациентов с ишемической болезнью сердца (острым инфарктом миокарда и нестабильной стенокардией) оксида азота, миелопероксидазы, супероксиддисмутазы, описана взаимосвязь изменений их уровня, проведена оценка диагностической значимости исследуемых показателей. Полученные данные о продукции оксида азота, миелопероксидазы и супероксиддисмутазы у больных острым инфарктом миокарда и нестабильной стенокардией свидетельствуют о важной прогностической значимости оценки оксидантного стресса и антиоксидантной системы для ранней стратификации риска неблагоприятных исходов у пациентов с ишемической болезнью сердца. Ключевые слова: ишемическая болезнь сердца, оксид азота, миелопероксидаза, супероксиддисмутаза, окислительный стресс.
medical & pharmaceutical
JOURNAL "PULSE"
2022. Vol.24. №5
Введение. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), включая ишемическую болезнь сердца, инсульт и гипертоническую болезнь сердца, являются основной причиной смерти во всем мире [1]. На состояние кровеносных сосудов влияют множественные факторы гемодинамических состояний, внеклеточные сигнальные белки, включая интерлейкины, цитокины, и внутриклеточные биохимические молекулы, включая активные формы кислорода и азота [2]. В последние годы накоплено большое количество данных о механизмах NOS-сигналинга, показано, что оксида азота играет ключевую защитную роль в ишемическом повреждении миокарда, благодаря своим сосудорасширяющим свойствам [3]. Все больше данных свидетельствует о том, что внутриклеточный оксид азота (NO) передает сигналы не только за счет активации гуанилатциклазы, но и за счет взаимодействия с активными формами кислорода (АФК) в процессе ROS-сигналинга. Было показано, что NO модулирует АФК-зависимые сигнальные пути, а также продукцию митохондриальных АФК. Однако точные механизмы взаимодействия между АФК и NO, проводящими внутриклеточные сигналы, до сих пор неясны.
Известно, что NOS-сигналинг участвует в регуляции тонуса коронарных артерий, а их окклюзия и последующее восстановление кровотока приводит к нарушению образования NO. Патологические изменения в генерации NO могут спровоцировать различные локальные дефекты, которые со временем могут прогрессировать и определять структурную целостность и функциональность сердечнососудистой системы [4]. Ткани, подвергшиеся ишемически-реперфузионному повреждению,
содержат несколько антиоксидантных систем, включая такие эндогенные антиоксиданты как каталаза, глутатионпероксидаза, супероксиддисмутаза (SOD) и др. В настоящее время описаны 3 изофермента супероксиддисмутазы (секретируемая внеклеточная SOD [EC-SOD], цитозольная CuZn-SOD и митохондриальная Mn-SOD). Несколько исследований в настоящее время продемонстрировали положительное влияние супероксиддисмутазы (SOD) на сохранение функции сердца и ограничение размера инфаркта миокарда после ишемии-реперфузии [5].
Доказано, что NO способен реагировать с различными веществами, такими как кислород, супероксид, радикалы кислорода липидов, тиолы и металлы, что является биохимической основой для передачи сигналов NO. Конечный биологический эффект NO зависит от его концентрации, продолжительности высвобождения и
физиологической среды. Снижение биодоступности NO на сегодняшний день считается одним из центральных факторов утраты его кардиозащитного действия. Важный вклад в ускоренный катаболизм NO, наблюдаемый при повреждении миокарда, связанного с ишемией, вносит миелопероксидаза полиморфноядерных нейтрофилов (МП),
мигрирующих в зону воспаления. При этом усиление
продукции МП коррелирует с неблагоприятным течением патологического процесса в миокарде и его исходом [6].
Недавние исследования показали, что кроме усиления катаболизма оксида азота при ишемии миокарда, наиболее распространенными действиями МП, являются образование дисфункциональных липопротеинов с повышенным потенциалом атерогенности, эндотелиальная дисфункция, нарушение вазореактивности и нестабильность атеросклеротических бляшек, что позволяет рассматривать МП как маркер повышенного кардиометаболического риска [7].
Таким образом, понимание биохимии событий, связанных с ишемическим поражением миокарда и оценка прогностического значения биомаркеров окислительного стресса у пациентов с ИБС имеет важное значение для оптимизации диагностики и разработки новых подходов к таргетной терапии.
Целью исследования была оценка факторов окислительного стресса и антиоксидантной защиты у пациентов с ишемической болезнью сердца. Материалы и методы. В проводимое исследование вошли 96 пациентов с верифицированным диагнозом ИБС, находившиеся на лечении в отделениях кардиологического профиля БУЗ Орловской области «Орловская областная клиническая больница». В исследование вошли пациенты трудоспособного возраста с обострением ИБС, давшие добровольное согласие на участие в исследовании и использование полученных результатов в научных целях.
Критерии исключения пациентов из проводимого исследования: возраст моложе 25 лет и старше 60 лет, наличие тяжелой сопутствующей патологии (онкологические, аутоиммунные, острые инфекционные заболевания, нервно-психические расстройства, ревматологические заболевания, почечная и печеночная недостаточность), наличие патологии, влияющей на липидный обмен, беременность, период грудного вскармливания, отказ больного от проводимого исследования.
Средний возраст обследуемых составил 48±8 лет, возрастные рамки варьировали от 29 до 60 лет. Распределение по полу было случайным, и составило 78,1% лиц мужского пола и 21,9% женского, среди которых 54,2% пациентов с были с инфарктом миокарда (52 человека) и 45,8% со стенокардией (44 человека). В качестве группы сравнения была использована группа условно здоровых лиц, сопоставимая по возрасту и полу.
Всем пациентам было проведено комплексное лабораторно-инструментальное обследование и лечение, предусмотренное, действующими на момент лечения, клиническими рекомендациями. В соответствии с задачами исследования в образцах сыворотки крови было оценено
спектрофотометрически: содержание метаболитов оксида азота с использованием реактива Грисса; активность супероксиддисмутазы путем измерения
medical & pharmaceutical
JOURNAL "PULSE"
2022. Vol.24. №5
суммарной активности изоферментов SOD, а также продукция миелопероксидазы по пероксидазной активности исследуемой биологической жидкости.
Статистический анализ проводился с использованием программы StatTech v. 2.6.5 (разработчик - ООО "Статтех", Россия). Количественные показатели оценивались на предмет соответствия нормальному распределению на основании критерия Колмогорова-Смирнова и были описаны с помощью средних арифметических величин (M) и стандартных отклонений (SD), границ 95% доверительного интервала (95% ДИ). Категориальные данные описывались с указанием абсолютных значений и процентных долей. Для оценки диагностической значимости количественных признаков при прогнозировании определенного исхода, применялся метод анализа ROC-кривых. Разделяющее значение количественного признака в точке cut-off определялось по наивысшему значению индекса Юдена.
Протокол проведения исследования одобрен этическим комитетом ФГБОУ ВО «Орловский
1. Сывороточная концентрация оксида азота
При оценке зависимости вероятности инфаркта миокарда от уровня NO с помощью ROC-анализа была получена ROC-кривая, площадь под которой составила 0,954 ± 0,034 с 95% доверительным интервалом: 0,886 - 1,000. Полученная модель была статистически значимой (p <0,001). Пороговое значение показателя NO в точке cut-off, которому соответствовало наивысшее значение индекса Юдена, составило 7,8 мкмоль/л. Инфаркт миокарда прогнозировался при значении оксида азота ниже данной величины или равном ей. Чувствительность и специфичность модели составили 96,0% и 90,0%, соответственно.
Таким образом, измерение уровня оксида азота может служить важным маркёром оценки состояния и тяжести больных с коронарной болезнью.
Учитывая данные литературы о том, что миелопероксидаза усиливает катаболизм оксида азота при ишемии миокарда [10] и может рассматриваться как маркер и медиатор воспаления
государственный университет имени И. С. Тургенева». Исследование выполнено в соответствии со стандартами клинической практики (Goоd Clinical Practice) и принципами Хельсинкской декларации. Результаты и обсуждение. В настоящее время хорошо известно, что активные формы кислорода (АФК) и активные метаболиты азота играют важную роль в сердечно-сосудистых заболеваниях, благодаря своей сигнальной функции [4]. Многочисленные исследования посвящены рассмотрению как позитивной, так и негативной роли NOS-сигналинга при ишемической болезни сердца [8,9]. Анализ проведенных результатов показал, что уровень NO в сыворотке крови у больных с острым инфарктом миокарда варьировал от 5.5 до 7.8 мкмоль/л и был значительно ниже, чем у пациентов с нестабильной стенокардией (p <0,001). Отмечено, что значение суммарных метаболитов оксида азота в сыворотке уровни здоровых лиц, был достоверно ниже, чем у пациентов с исследуемыми патологиями (Рис. 1)
Fig. 1. Serum concentration of nitric oxide
и окислительного стресса, представляло интерес оценить миелопероксидазную активность в сыворотке крови у пациентов с ишемической болезнью сердца.
Результаты проведенных исследований показали (Рис. 2), что у больных с острым инфарктом миокарда определялся более высокий уровень МП по сравнению с показателями пациентов с нестабильной стенокардией и здоровыми лицами (р=0,046), что может быть обусловлено более интенсивным рекрутированием МП-позитивных нейтрофилов в зону ишемического повреждения при инфаркте миокарда. Кроме того, значительный интерес в этой связи, представляют полученные нами данные о более выраженном снижении продукции метаболитов азота на фоне высоких показателей миелопероскидазной активности сыворотки у больных с инфарктом миокарда, что свидетельствует о снижении биодоступности N0 и согласуется с данными литературы [10].
medical & pharmaceutical
JOURNAL "PULSE"
2022. Vol.24. №5
о
т п
X
1 X
-
Сывоторочный уровень миелопероксидазы, ед.опт.пл
О Инфаркт О Стенокардия О Здоровые лица
1300 1100 900
700 500 300 100
Рис.2. Сывороточный уровень миелопероксидазы
При оценке зависимости вероятности инфаркта миокарда от уровня миелопероксидазы на основе ROC-анализа была получена ROC-кривая, площадь под которой составила 0,724 ± 0,096 с 95% доверительным интервалом: 0,536 - 0,912. Полученная модель была статистически значимой (p = 0,040). Пороговое значение концентрации миелопероксидазы в точке cut-off, которому соответствовало наивысшее значение индекса Юдена, составило 383 единицы оптической плотности. Инфаркт миокарда прогнозировался при значении уровне миелопероксидазы выше данной величины или равном ей. Чувствительность модели была равной 92,9%, а специфичность - 46,7%.
Таким образом, это исследование показывает, что избыточная продукция миелопероксидазы может служить в качестве биомаркера повышенного кардиометаболического риска неблагоприятного прогноза течения ИБС.
На сегодняшний день достаточно полно охарактеризованы свойства SOD как основного фермента антиоксидантной защиты [11], играющего критическую роль в регуляции окислительно-
сывороточный уровень супероксиддисмутазы, пг/мл
О Инфаркт миокарда О Стенокардия □ Здоровые лица
2800 2300 1S00
1300
т т
X
—X-
о
°
т п
X
1 ..........X..............
1 J 1
Рис.3. Сывороточный уровень супероксиддисмутазы
Заключение. Точный механизм сердечнососудистых заболеваний сложен и до конца не изучен. Несмотря на появление в кардиологической практике большого количества новых биомаркеров,
Serum level of myeloperoxidase, unit opt.pl
Q Myocardial infarction Q Angina pectoris □ HealtLy people
1300 1100 900 700 500 300 100
Fig. 2. Serum level of myeloperoxidase
восстановительного состояния сосудов во внеклеточном пространстве. Вместе с тем, нет однозначного мнения о диагностической значимости SOD при ишемической болезни сердца, понимания его роли в защите NO от супероксид-аниона во внеклеточном пространстве. В связи с этим значительный интерес представляло исследование уровня SOD в сыворотке крови больных с острым инфарктом миокарда и нестабильной стенокардией.
Как видно из представленных данных (Рис. 3), уровень SOD был выше у больных острым инфарктом миокарда, чем у здоровых лиц и пациентов с нестабильной стенокардией, однако статистически значимых отличий не выявлено (p = 0,187).
Вероятно, повышение активности SOD в плазме может быть вызвано высвобождением и вымыванием SOD из ишемизированного миокарда или дегрануляцией активированных нейтрофилов в зоне воспаления, а также повышенной востребованностью SOD для защиты NO от супероксид-аниона во внеклеточном пространстве.
Serum level of superoxide dismutase, pg/ml □ Myocardial infarction О Angina pectoris □ HealtLy people
т s о Т s -1- £
X Cü Ti 3 со о
-X---- а. ъ> s-£
8
Fig. 3. Serum level of superoxide dismutase
понимание их роли и биохимии в патогенезе ИБС остаётся довольно дискутабельным. Использование различных мультимаркерных панелей маркеров оксидантной/антиоксидантной систем может
medical & pharmaceutical
JOURNAL "PULSE"
2022. Vol.24. №5
повысить точность исследований и алгоритмов принятия клинических решений, а полученные нами данные о продукции оксида азота, миелопероксидазы и супероксиддисмутазы свидетельствуют о важной прогностической значимости оценки оксидантного стресса и антиоксидантной системы для ранней стратификации риска неблагоприятных исходов у пациентов с ишемической болезнью сердца.
REFERENCES БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1]. The Top 10 Causes of Death [World Health Organization]. 2020. Available from: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death [Accessed: 9 December 2020]
[2]. Karbach, S., Wenzel, P., Waisman, A., Munzel, T., & Daiber, A. (2014). eNOS uncoupling in cardiovascular diseases—the role of oxidative stress and inflammation. Current pharmaceutical design, 20(22), 3579-3594. https://doi.org/10.2174/13816128113196660748
[3]. John T Hancock, David Veal, Nitric oxide, other reactive signalling compounds, redox, and reductive stress, Journal of Experimental Botany, Volume 72, Issue 3, 11 February 2021, Pages 819-829, https://doi.org/10.1093/jxb/eraa331
[4]. Forstermann, U., Xia, N., & Li, H. (2017). Roles of Vascular Oxidative Stress and Nitric Oxide in the Pathogenesis of Atherosclerosis. Circulation research, 120(4), 713-735. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.116.309326
[5]. Tohru Fukai, Rodney J Folz, Ulf Landmesser, David G Harrison, Extracellular superoxide dismutase and cardiovascular disease, Cardiovascular Research, Volume 55, Issue 2, August 2002, Pages 239-249, https://doi.org/10.1016/S0008-6363(02)00328-0
[6]. Senoner, T., & Dichtl, W. (2019). Oxidative Stress in Cardiovascular Diseases: Still a Therapeutic Target? Nutrients, 11(9), 2090. https://doi.org/10.3390/nu11092090
[7]. Ndrepepa G. (2019). Myeloperoxidase - A bridge linking inflammation and oxidative stress with cardiovascular disease. Clinica chimica acta; international journal of clinical chemistry, 493, 36-51. https://doi.org/10.1016/jxca.2019.02.022
[8]. Li, H., Horke, S., & Forstermann, U. (2014). Vascular oxidative stress, nitric oxide and atherosclerosis. Atherosclerosis, 237(1), 208-219. https://doi.org/10.1016/j.atherosclerosis.-2014.09.001
[9]. Hancock, J. T., & Veal, D. (2021). Nitric oxide, other reactive signalling compounds, redox, and reductive stress. Journal of experimental botany, 72(3), 819-829. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa331
[10]. Maiocchi, S. L., Ku, J., Thai, T., Chan, E., Rees, M. D., & Thomas, S. R. (2021). Myeloperoxidase: A versatile mediator of endothelial dysfunction and therapeutic target during cardiovascular disease. Pharmacology & therapeutics, 221, 107711. https: //doi. org/10.1016/j. pharmthera.2020.107711
[11]. Khosravi, M., Poursaleh, A., Ghasempour, G., Farhad, S., & Najafi, M. (2019). The effects of oxidative stress on the development of atherosclerosis. Biological chemistry, 400(6), 711-732. https://doi.org/10.1515/hsz-2018-0397
Authors' contribution: M. O. Plotnikova - collection and processing of materials, literature review, statistical data processing, I.A. Snimshchikova - research concept and design, text writing, literature review, S.A. Shkodkina - literature review
Conflict of Interest Statement. The authors declare that they have no conflicts of interest.
Gratitude. The authors express their deep gratitude to Tatyana Viktorovna Grigorieva, Deputy Chief Physician for Medical Affairs of the Orel Regional Healthcare Institution "Orel Regional Clinical Hospital", Head of the Regional Vascular Center, for advice and assistance provided in the course of the clinical part of the work.
Plotnikova M.O. SPIN ID: 4921-7530; ORCID ID: 0000-0003-1593-5290 Snimschikova I.A. SPIN ID: 2728-3520; ORCID ID: 0000-0002-4258-963X Shkodkina S.A. ORCID ID:0000-0001-5622-5960
For citation: Plotnikova M.O., Snimshchikova I. A., Shkodkina S.A. DIAGNOSTIC SIGNIFICANCE OF OXIDATIVE STRESS IN PATIENTS WITH CORONARY HEART DISEASE // Medical & pharmaceutical journal «Pulse». - 2022. - Vol.24. №5. - pp. 63-67. Doi: http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2686-6838-2022-24-5-63-67.
Для цитирования: Плотникова М. О., Снимщикова И.А., Шкодкина С.А. ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА У ПАЦИЕНТОВ С ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ СЕРДЦА // Медико-фармацевтический журнал "Пульс". - 2022. - Т.24. №5. - С. 63-67. Doi: http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2686-6838-2022-24-5-63-67.
