CC BY
49
И.Ю. Журавлева, А.В. Веремеев, О.Н. Хрячкова, Н.Г. Никонорова*
Нарушения кальций-фосфорного обмена у больных с приобретенными пороками сердца
ФГБУ «НИИ комплексных проблем сердечнососудистых заболеваний» СО РАМН
* МУЗ «Кемеровский кардиологический диспансер», 650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, 6, juravl_irina@mail.ru
УДК 616-092.4; 616.126.3 ВАК 14.01.26
Поступила в редколлегию 29 июля 2013 г.
© И.Ю. Журавлева, А.В. Веремеев, О.Н. Хрячкова, Н.Г. Никонорова, 2013
Изучены некоторые показатели кальций-фосфорного обмена у больных с пороками сердца, сформировавшимися в результате ревматической болезни сердца (РБС) и инфекционного эндокардита (ИЭ). В сыворотке крови 88 пациентов (мужчины в возрасте 65 лет, РБС - п = 67, ИЭ - п = 21) исследовали концентрации кальция, фосфора, паратиреоидного гормона (ПТГ), кальцитонина, витамина D, супероксиддисмутазы (СОД) и общего количества перекисей, а также активность щелочной фосфатазы и ее костного изофермента (ВАР). В обеих группах выявлены гипокальциемия, дефицит витамина D, повышение уровня ПТГ, перекисных соединений, а также выраженное снижение концентрации СОД по сравнению с референсными значениями. У больных ИЭ также повышена концентрация остеокальцина и активность ВАР; у больных РБС отмечена гипофосфатемия. Обсуждаются некоторые механизмы и патогенетические взаимосвязи выявленных нарушений. Установлено, что РБС и ИЭ приводят к выраженным системным нарушениям кальций-фосфорного обмена. Ключевые слова: кальций; фосфор; метаболизм; пороки сердца.
Известно, что в патогенезе кальцификации биологических протезов клапанов сердца участвуют как факторы имплантата, так и факторы реципиента [1]. Однако, несмотря на многолетний интерес и многочисленные исследования, патогенетические взаимосвязи и вклад каждого фактора реципиента в развитие патологического процесса до сих пор остаются неясными. Логично предположить, что определенную роль в нарушении метаболизма кальция и фосфора, интегрируемом впоследствии в патогенетическую цепь кальцификации биопротезов, вносят ревматическая болезнь сердца и инфекционный эндокардит - основные заболевания, приводящие в России к протезированию клапанов сердца. В связи с этим целью настоящей работы стало изучение некоторых показателей кальций-фосфорного обмена и оксидативной системы у больных с пороками сердца, сформировавшимися в результате инфекционного эндокардита и ревматической болезни сердца.
Материал и методы
Были обследованы 88 пациентов мужского пола (старше 16 лет), находившиеся на лечении в Кузбасском кардиологическом центре в период с 2007 по 2009 г. Пациенты были разделены на две группы в зависимости от клинического диагноза - первичный инфек-
ционный эндокардит (ИЭ) (n = 21) и ревматическая болезнь сердца (РБС) (n = 67).
В группе РБС средний возраст пациентов составил 65, в группе ИЭ - 67 лет. Средний функциональный класс по NYHA составил 3,2 в группе РБС и 3,4 - в группе ИЭ. Пороки нативных клапанов сердца сформировались в результате основного заболевания, ни один из пациентов не подвергался ранее операции протезирования клапанов. Если протезирование клапанов сердца было запланировано в ходе настоящей госпитализации, то образцы крови были забраны как минимум за 5-7 дней до предполагаемого хирургического вмешательства на основании информированного согласия пациента. Образцы крови для исследования забирали утром натощак.
Методом твердофазного иммунофермен-тного анализа с использованием планшетного ридера «УНИПЛАН» (НПФ «ПИКОН», Россия) определяли концентрации паратиреоидного гормона (DSL-10-8000 ACTIV 1-PHT, (Diagnostic System Laboratories, США), кальцитонина (Calcitonin ELISA, Biomerica, США), 25-ОН витамина D (25-Hidroxy Vitamin D, IDS OCTEIA, США), остеокальцина (N-MID Osteocalcin ELISA, IDS, США), костного изофермента щелочной фосфатазы (METRA BAP, Quidel corp., США), супероксиддисму-
Показатели кальций-фосфорного метаболизма и оксидативной системы в сыворотке крови больных ревматической болезнью сердца и инфекционным эндокардитом
Показатель РБС ИЭ р Референсные значения
Кальций, ммоль/л 1,78+0,15 1,83±0,21 0,67 2,1-2,5
Фосфор, ммоль/л 0,83+0,38 1,06±0,44 0,01 0,9-1,9
Щелочная фосфатаза, Ед/л 151,1 ±50 247,85±154,06 0,03 70-306
Костный изофермент щелочной фосфатазы, Ед/л 20,5±6,8 56,4±42,7 0,0001 15-41,3
Кальцитонин, пг/мл 8,37±0,9 6,36±2,79 0,4 <30
Паратирин, пг/мл 83,1 ±48,6 97,8±58,7 0,24 21-45
Витамин D, пмоль/л 37±17,6 38,9±17,4 0,53 47,7-144
Остеокальцин, нг/мл 22,7±11,24 64,7±45,5 0,0006 9,6-40
Уровень общей пере-
626,5±63,9 492,7±188,1 0,54 <350
киси, мкмоль/л
Супероксиддисмутаза, нг/мл 0,18±0,14 0,18±0,15 0,69 22,5-102,9
тазы (Cu/Zn SOD, BenderMedsystem, Австрия). Колориметрическим методом определяли количество перекисей в сыворотке (OxyStat, Biomedica Grupp, Германия).
На автоматическом биохимическом анализаторе KONELAB 320i (Thermo Scientific, Финляндия) определяли концентрацию кальция, фосфора и щелочной фосфатазы.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0. Для описания признаков с отличным от нормального распределением рассчитывали медиану с указанием межквартильного размаха. Для оценки достоверности различий выборок, не подчиняющихся нормальному распределению, использовали непараметрический критерий U Вилкоксона - Манна - Уитни для независимых выборок. Различия считали достоверными при уровне значимости 0,05 (р<0,05).
Результаты
У больных обеих групп наблюдали нарушения минерального обмена различной степени выраженности и взрыв процессов липопероксида-ции. Полученные результаты в сравнении с рефе-ренсными значениями представлены в таблице.
В обеих группах была выявлена гипокальциемия. Так, в группе пациентов с РБС концентрация кальция составила 1,78+0,15 ммоль/л, а в группе ИЭ - 1,83±0,21 ммоль/л, что ниже минимальной границы нормы (2,1 ммоль/л) на 15,2 и 12,9%. В то же время при сравнении этих групп достоверных различий между ними не обнаружено (р = 0,67).
Помимо этого в группе пациентов с РБС наблюдали небольшую гипофосфатемию - 0,83+0,38 ммоль/л, что несколько ниже нормальных значений. В то же время в группе пациентов с ИЭ уровень фосфора находился в пределах референсных значений и составил 1,06±0,44 ммоль/л. Кроме того, были обнаружены достоверные (р = 0,01) различия по кон-
центрации фосфора между группами обследуемых: у пациентов с РБС она была на 21,6% ниже.
Уровень щелочной фосфатазы в обеих группах не выходил за рамки референсных значений (70-306 Ед/л), однако различия между группами были достоверны (р = 0,03). Так, в группе больных с ревматической болезнью сердца уровень щелочной фосфатазы составил 151,1 ±50 Ед/л, что на 39% меньше (р = 0,03) значений, полученных в группе пациентов с инфекционным эндокардитом (247,85±154,06 Ед/л).
Костный изофермент щелочной фосфатазы (ВАР) демонстрировал несколько иную закономерность. В группе пациентов с РБС концентрация ВАР находилась в пределах нормальных значений и составила 20,5±6,8 Ед/л, в то время как в группе пациентов с ИЭ - 56,4±42,7 Ед/л, что на 26,7% выше максимального уровня референсных значений (1541,3 Ед/л) и на 63,6% выше (р = 0,0001), чем в группе РБС.
Далее было изучено гормональное звено регуляции кальций-фосфорного обмена у пациентов с РБС и ИЭ.
При анализе концентрации кальцитонина не выявили ни каких-либо различий между группами обследуемых (р = 0,4), ни отклонений от нормальных значений (менее 30 пг/мл). Так, концентрация кальцитонина в группе РБС составила 8,37±0,9 пг/мл, а в группе ИЭ - 6,36±2,79 пг/мл.
В то же время значения паратиреоидного гормона (ПТГ) в обеих группах пациентов широко варьировали, однако в среднем значительно превышали референсные показатели (21-45 пг/мл). Достоверных различий между группами не выявлено (р = 0,24). Так, в группе пациентов с РБС концентрация данного метаболита была на уровне 83,1±48,6 пг/мл, что на 45,8% выше нормальных значений. В группе пациентов с ИЭ концентрация ПТГ была на 53,9% выше референсных значений и составила 97,8±58,7 пг/мл.
В обеих группах концентрация витамина D отличалась широкой индивидуальной вариабельностью, но в среднем была несколько ниже нормаль-
ных значений (47,7-144,0 пмоль/л): при РБС - на 22,4% (37±17,6 пмоль/л), при ИЭ на 18,4% (38,9±17,4 пмоль/л) ниже минимальной границы нормы.
Уровень остеокальцина в группе пациентов РБС не выходил за пределы нормальных значений и составил 22,7±11,24 нг/мл, что на 64,9% ниже (р = 0,0006) показателей группы больных ИЭ. В последней группе концентрация остеокальцина находилась на уровне 64,7±45,5 нг/мл и значительно (на 38,1%) превышала максимальную границу нормы (9,6-40,0 нг/мл).
Отдельная роль в выявленных нарушениях фос-форно-кальциевого обмена принадлежит окислительному стрессу. Важно заметить, что уровень общей оксидативной активности в обеих группах превосходил референсные значения (<350 мкмоль/л). Так, в группе РБС этот показатель был на уровне 626,5±63,9 мкмоль/л, что на 44,1% превышает максимальную границу нормы. В группе пациентов с ИЭ данный показатель широко варьировал и в среднем составил 492,7±188,1 мкмоль/л, что на 28,9% выше допустимых значений нормы. Однако достоверных различий между данными группами не было выявлено (р = 0,54).
Что касается основного антиоксидантного фактора -супероксиддисмутазы (SOD), то в обеих группах снижение концентрации этого фермента носило катастрофический характер, что может свидетельствовать о срыве антиоксидантной системы и лавинообразном потенцировании процессов липопероксида-ции. Так, в группе пациентов с РБС концентрация SOD в сыворотке крови находилась на уровне 0,18±0,14 нг/мл. В группе пациентов с ИЭ - 0,18±0,15 нг/мл. Таким образом, в обеих группах данный показатель был в 125 раз ниже минимальной границы нормы.
Обсуждение
Ранее было показано, что у больных с кальцифика-цией естественных клапанов сердца на фоне РБС наличествуют гипокальциемия и уменьшение минеральной плотности костной ткани, сопровождающиеся повышением уровня щелочной фосфатазы, остеокальцина и в ряде случаев дефицитом витамина D [3, 6, 7].
Гипокальциемия, наблюдаемая в настоящем исследовании в обеих группах, может быть связана скорее с нарушением поступления кальция в кровь, нежели с его чрезмерным депонированием в коллагеновых матрицах. Этот вывод базируется на следующих аргументах: показатели кальцитонина, «загоняющего» кальций в костную ткань, сохраняются в физиологическом диапазоне, при этом большинство пациентов демонстрируют выраженный дефицит витамина D.
Известно, что основным депо кальция в организме является костная ткань. Концентрация кальция в плазме крови поддерживается с высокой точностью. Гипокаль-
циемия немедленно стимулирует синтез ПТГ, и, согласно результатам данного исследования, уровень ПТГ у большинства больных РБС и ИЭ значительно повышен. ПТГ, в свою очередь, усиливает выведение кальция из костной ткани в кровь и реабсорбцию кальция из клубоч-кового фильтрата. Кроме того, под его влиянием уменьшается реабсорбция фосфора в почечных канальцах и ускоряется биосинтез кальцитриола в почках [4, 5, 8, 11].
Гомеостатическое действие витамина D также направлено на восстановление сниженного уровня кальция в крови, но в сравнении с ПТГ оно реализуется медленнее. Основной функцией кальцитриола является активация абсорбции кальция в кишечнике и реабсорбции в почках, а также его транспортировка в межклеточную жидкость [4, 8, 9]. Важно подчеркнуть, что в условиях гипокальциемии витамин D временно увеличивает резорбцию костной ткани, активизируя образование и дифференцировку остеокластов из гемопоэтических предшественников [8, 11].
Известно, что при ревматических заболеваниях нарушается всасывание и обмен витамина D и его метаболитов, но для инфекционного эндокардита таких взаимосвязей ранее не было выявлено. Однако и для ревматических заболеваний этиология и патогенез этого дисбаланса остаются невыясненными. Вероятными причинами могут быть либо тканевая гипоксия вследствие хронической сердечной недостаточности, либо известные, но до конца не изученные связи между метаболизмом витамина D и про-воспалительными цитокинами, в частности 1-4 и 1-6 [2].
Однозначно оценить роль витамина D по результатам настоящего исследования не представляется возможным, в основном в связи с тенденцией к дефициту данного метаболита у большинства пациентов. Можно лишь утверждать, что звено кальциевого гомеостаза, связанное с витамином Д, неэффективно у большинства пациентов с РБС и ИЭ.
Очевидно также, что гомеостаз кальция в изучаемых группах поддерживается за счет напряжения систем, связанных с костным метаболизмом. Известно, что ПТГ стимулирует образование остеокластов и их пролиферацию, вызывает увеличение в остеокластах внутриклеточного кальция, ингибирует синтез коллагена, остеокальцина, щелочной фосфатазы [5, 8]. Однако, несмотря на двукратное повышение концентрации ПТГ, у больных ИЭ отмечается выраженное превышение нормальных значений активности костного изофермента щелочной фосфатазы (ВАР) и концентрации остеокальцина - основных маркеров активности минерального обмена кости. Следует отметить, что при РБС последние два показателя остаются в пределах нормальных значений, что, по-видимому, свидетельствует о большей остроте нарушений метаболизма костной ткани при инфекци-онно-септическом процессе, каковым является ИЭ.
У пациентов с приобретенными пороками сердца, вызванными РБС, отмечается выраженная гипофосфа-
Гипотетический механизм кальцификации, связанный с ENPP1 и CD73. TNAP - тканево-неспецифическая щелочная фосфатаза (Цит. по: [10]).
АТФ
Пирофосфат
ENPP1
TNAP
АМФ Фосфор
CD73
Кальцификация
Аденозин
|Рецептор ; каденозину
темия при адекватной активности щелочной фосфа-тазы и ее костного изофермента. При ИЭ сохранение уровня фосфора вблизи нижней границы нормы достигается значительным напряжением активности щелочной фосфатазы и в особенности ее костного изофермента - на 36,5% выше нормальной активности.
Полученная сумма данных позволяет обсудить некоторые патогенетические аспекты кальцификации клапанов сердца при приобретенных пороках, вызванных РБС и ИЭ.
Согласно работе, опубликованной в 2011 г. объединенной группой ученых из нескольких научных центров США [10], одним из ключевых механизмов патологической кальцификации мягких тканей является цикл расщепления аденозин-трифосфорной кислоты (АТФ) до аденозина и неорганического фосфора (рисунок).
Эктонуклеотид-пирофосфорилаза ^РР1) катализирует расщепление АТФ до аденозин-монофосфорной кислоты (АМФ) и пирофосфата - естественного тканевого ингибитора эктопических кальцификаций. Далее АМФ расщепляется до аденозина и неорганического фосфора при участии CD73 - 5'-нуклеотидазы.
Параллельно идет продукция неорганического фосфата за счет расщепления пирофосфата тканевой неспецифической щелочной фосфатазой. В свою очередь активность ЩФ ингибируется нарастанием концентрации аденозина.
Полученные в настоящей работе результаты могут быть интерпретированы следующим образом. У пациентов с РБС уровень фосфора не достигает нижней границы нормы при достаточно высокой активности щелочной фосфатазы и ее костного изофермента, являющегося разновидностью тканевых неспецифических ЩФ. У пациентов с ИЭ уровень фосфора близок к нижней границе нормы при активности ЩФ и ее костного изофермента, значительно превышающей показатели больных с РБС.
По-видимому, эффективность реакции низка за счет недостатка субстрата - пирофосфата. Недостаток пирофосфата даже при гипокальциемии может приводить к патологической кальцификации.
Недостаточная выработка пирофосфата может быть связана либо с неэффективностью расщепления АТФ в реакции, катализируемой Е^Р1, либо с дефицитом АТФ как субстрата для расщепления. Поскольку ингибирования
ЩФ не происходит, можно предполагать, что уровень аденозина также невысок. Это, в свою очередь, заставляет думать все-таки о дефиците АТФ как субстрата описываемого цикла. Дефицит АТФ у больных с пороками сердца может быть объяснен как хронической сердечной недостаточностью, ведущей к тканевой гипоксии, так и выявленными в настоящем исследовании процессами патологической пероксидации липидов, приводящими к нарушению окислительного фосфорилирования.
Таким образом, полученные результаты позволяют утверждать, что при РБС и ИЭ у большинства больных происходят патологические сдвиги кальций-фосфорного обмена, проявляющиеся гипокальциемией, гипо-фосфатемией, дисбалансом гормональной регуляции и напряжением ферментных систем, связанных с костным метаболизмом. Эти нарушения сопровождаются мощным оксидативным стрессом, который, в свою очередь, может усугублять выявленные нарушения.
Основным ограничением является отсутствие в данном исследовании контрольной группы условно здоровых (по крайней мере не страда ющих заболева н иями, сопряженными с нарушениями кальций-фосфорного обмена) людей соответствующего возраста. Сопоставление полученных данных с референсными значениями нормы, указанными в инструкциях к каждому набору диагностических реагентов, возможно.
Однако оптимальным вариантом определения нормальных значений все-таки следует считать контрольную группу людей, проживающих в том же регионе, что и пациенты исследуемой группы. Это позволит сделать более достоверные выводы о вкладе заболевания в изучаемые метаболические пути.
Кроме того, количество наблюдений в данной работе не столь велико, чтобы с большой достоверностью определить основные патогенетические варианты метаболических нарушений, тем более что ряд показателей отличается широкой индивидуальной вариабельностью. Соответственно, невозможно определить и процентное распределение этих вариантов в исследуемых группах.
Дальнейшие исследования кальций-фосфорного обмена у больных с пороками сердца должны включать как минимум стандартные маркеры плотности костной ткани. Количество основных и косвенных, а также
связанных с ними метаболических показателей также должно быть увеличено, что позволит дискутировать по вопросу патогенетических механизмов не только на основе теоретического, но и фактического материала.
Список литературы
1. Барбараш Л.С., Барбараш Н.А., Журавлева И.Ю. Биопротезы клапанов сердца: проблемы и перспективы. Кемерово, 1995.
2. Генетический паспорт - основа индивидуальной и предиктив-ной медицины. СПб., 2009.
3. Горохова С.Г. // Клин. геронтол. 2000. № 2. С. 39-46.
4. Зоткин Е.Г., Мазуров В.И. // Рус. мед. журн. 2004. Т. 12. № 7. С. 476-478.
5. Кеттайл В.М., Арки Р.А. Патофизиология эндокринной системы. М., 2007.
6. Мищенко Б.П. Кальциноз биоклапанов сердца: биохимические и метаболические факторы развития и пути профилактики: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. М., 1993.
7. Рашид М.А., Карпова Н.Ю., Шостак Н.А., Казакова Т.В. // Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2008. № 3. С. 65-69.
8. Физиология эндокринной системы. М., 2008.
9. Шварц Г.Я. // Остеопороз и остеопатии. 2005. № 3. С. 2-7.
10. ЫЫге С^., Ziegler S.G., Магке11о Т.С. et а1. // ШМ. 2011. V. 364. № 5. Р. 432-442.
11. Zitterman А. // Вг. J. Ыйг. 2003. V. 89. Р. 552-572.
