CC BY
37
Вазомоторная функция эндотелия и эластичность артериальной стенки у пациентов с сахарным диабетом 1-го типа на разных стадиях диабетической ретинопатии
Е.П. КОСОБЯН*1, к.м.н. И.Я. ЯРЕК-МАРТЫНОВА1, проф. А.С. ПАРФЁНОВ 2, проф. М.В. ШЕСТАКОВА1
The vasomotor function of endothelium and elasticity of the arterial wall in the patients with type 1 diabetes mellitus at different stages of diabetic retinopathy
E.P. KOSOBYAN, I.YA. YAREK-MARTYNOVA, A.S. PARFENOV, M.V. SHESTAKOVA
'ФГБУ «Эндокринологический научный центр» МЗ РФ; 2Гематологический научный центр РАМН, Москва
Цель работы — оценка жесткости сосудистой стенки и эндотелиальной функции у пациентов с сахарным диабетом 1-го типа (СД1) на разных стадиях диабетической ретинопатии и без нее. Обследованы 118 больных СД1 в возрасте 18—40 лет при длительности заболевания более 5 лет. Критерием формирования групп являлась стадия диабетической ретинопатии (ДР). Контрольную группу составили 23 здоровых человека. Контурный анализ пульсовой волны и пробу с реактивной гиперемией проводили на аппарате Ангиоскан. Перед исследованием от каждого пациента получено информированное согласие. Показатель жесткости аорты во всех группах пациентов с ДР был достоверно выше, чем у здоровых испытуемых. Однако у пациентов с СД1 без ДР показатель SI не отличался от контроля. Увеличение SI не зависело от наличия артериальной гипертонии. При анализе значений RI статистически значимых зависимостей обнаружено не было. В тесте с реактивной гиперемией выявлено снижение прироста амплитуды сигнала у значительного числа пациентов, что является признаком эндотелиальной дисфункции, и наблюдалось даже у пациентов без признаков поражения сетчатки. Однако наряду со снижением данного показателя у большого числа пациентов наблюдались парадоксально высокие его значения, что может свидетельствовать о высоком базальном уровне оксида азота. Увеличение индекса жесткости аорты по мере прогрессирования ДР может являться ранним маркером макрососудистых поражений даже у пациентов без артериальной гипертонии. Снижение прироста амплитуды постокклюзионного сигнала у пациентов без признаков поражения сетчатки свидетельствует о наличии дисфункции эндотелия еше на доклиническом этапе ДР. Парадоксально высокий прирост амплитуды сигнала может свидетельствовать о чрезмерно высоком базальном уровне оксида азота, который отражает степень воспаления, является фактором высокого риска прогрессирования ангиопатий.
Ключевые слова: эндотелиальная дисфункция, оксид азота, ригидность артериальной стенки, сахарный диабет 1-го типа.
The objective of the present work was to estimate the degree of rigidity of the vascular wall and endothelial function in the patients with type 1 diabetes mellitus at different stages of diabetic retinopathy and in its absence. The study included 118 patients at the age from 18 to 40 years presenting with type 1 diabetes mellitus more than 5 years in duration. The patients were divided into several groups based on the stage of diabetic retinopathy (DR). The control group was comprised of 23 healthy subjects. The contour pulsed wave analysis and the reactive hyperemia test were performed with the use of an Angioscan device. All the patients gave the informed consent to participate in the study. The aortic stiffness index (SI) in all groups of the patents with DM1 and DR was higher than in the healthy subjects. However, the SI values remained normal in the DM1 patients without DR. An increase of SI values was unrelated to the presence of arterial hypertension. The analysis of RI values revealed no statistically significant differences between the groups. The reactive hyperemia test has demonstrated a decrease in the increment of the post-occlusive signal amplitude in a large number of patients suggesting endothelial dysfunction. This decrease was apparent even in the patients exhibiting no signs of retinal damage. However, despite the overall decrease of this parameter, many patients showed its paradoxically high values that probably reflected the elevated baseline level of nitric oxide. The increase of aortic stiffness index with the progression of diabetic retinopathy may be used as an early marker of macrovascular complications even in the patients without arterial hypertension. The lowering of the increment of the post-occlusive signal amplitude in the patients having no signs of retinal damage is indicative of endothelial dysfunction as early as the preclinical stage of DR development. The paradoxically high increment of the signal amplitude is supposed to be associated with the elevation of the baseline level of nitric oxide that in its turn reflects the severity of inflammation and is a factor of high risk of progression of angiopathies.
Key words: endothelial dysfunction, nitric oxide, rigidity of the arterial wall, type 1 diabetes mellitus.
В настоящее время отмечается рост распространенности сахарного диабета (СД) и его осложнений. Диабетическая ретинопатия (ДР) является одним из микрососудистых осложнений СД, приводящим к снижению качества жизни, полной потере зрения и инвалидизации среди пациентов с СД 1-го типа (СД1). В РФ распространенность ДР среди больных СД1 выше, чем у больных СД2. По данным послед-
них исследований [1], она составляет 53,6 и 34,2% соответственно.
Многими клиническими и экспериментальными исследованиями доказана роль дисфункции эндотелия и нарушения эластичных свойств артерий в развитии сосудистых осложнений СД [2—5]. Увеличение жесткости артериальной стенки у больных СД связывают с гликированием эластиновых волокон,
© Коллектив авторов, 2012 22
*e-mail: emelash@yandex.ru
входящих в ее состав, что сопровождается гипоксией сетчатки и играет важнейшую роль в инициации и прогрессировании ДР.
Один из неинвазивных методов оценки эндоте-лийзависимой вазодилатации (ЭЗВД) включает механическую стимуляцию эндотелия повышенным кровотоком и регистрацию степени изменения диаметра артерии (чаще плечевой артерии) с помощью УЗИ высокого разрешения. После окклюзии артерии развивается реактивная гиперемия дистальнее расположения окклюзионной манжеты [6]. Результат теста оценивается по приросту амплитуды фото-плетизмографического сигнала.
Цель настоящей работы — оценка показателей жесткости сосудистой стенки и эндотелиальной функции у пациентов с СД1 на разных стадиях ДР и без нее.
Материал и методы
Исследование включало 141 человека. Из них 118 — больные СД1 и 23 — группа контроля (здоровые добровольцы). Возраст пациентов с СД1 колебался от 18 до 40 лет (в среднем 28,13±5,56 года). Среди пациентов были 62 мужчины и 56 женщин с длительностью заболевания СД более 5 лет. У 40 из них отмечалась артериальная гипертония. Исключались больные с системными сосудистыми заболеваниями и ожирением. Все пациенты находились на стационарном лечении в Эндокринологическом научном центре в период 2009—2011 гг. Основным критерием формирования групп больных СД1 являлось наличие ДР. У 100 (84,7%) человек наблюдалась ДР. У 46 (46,0%) человек — непролиферативная ДР (НПДР), у 15 (15,0%) — препролиферативная ДР (ППДР), у 39 (39,0%) — пролиферативная стадия ДР (ПДР). У 18 человек признаков ДР на глазном дне не наблюдалось (ДР0). Группа контроля состояла из 23 здоровых человек (18 женщин и 5 мужчин), средний возраст составлял 25±2,2 года.
Проводили контурный анализ пульсовой волны и пробу с реактивной гиперемией на аппарате Анги-оскан (ООО «Ангиоскан», Россия). При статистической обработке данных использовали пакет программ SPSS 17.0 для Windows (SPSS Inc., 2008). Проверку параметров на нормальность распределения проводили по Колмагорову—Смирнову. Полученные данные представлены в виде средних значений (М) ± стандартное отклонение (SD). Достоверность различий оценивали с помощью ^-теста Манна—Уит-ни для двух независимых выборок. Значимость различий между группами для частотных показателей оценивали с помощью критерия х-квадрат. Ранговый коэффициент Спирмена (r) применялся для корреляционного анализа. Статистическую значимость определяли с помощью двустороннего сравнения, достоверными считали показатели при ^<0,05.
У всех пациентов до включения в исследование было получено информированное согласие.
Для выполнения окклюзии на плечо испытуемого накладывалась стандартная манжета сфигмома-нометра, которая надувалась до давления, превышающего систолическое на 50 мм рт.ст. Длительность окклюзии составляла 5 мин, после чего давление в манжете быстро снижалось, что приводило к кратковременному повышению скорости кровотока в плечевой артерии. Повышение скорости кровотока приводит к увеличению напряжения сдвига на поверхности эндотелиального слоя. Механорецепто-ры эндотелиальных клеток способствуют активации синтеза оксида азота из L-аргинина с участием эн-дотелиальной NO-синтазы. Синтезированный оксид азота, действуя на гладкие мышцы стенки артерий, снижает их тонус, а следовательно, увеличивает амплитуду сигнала. Для регистрации этого эффекта проводилось мониторирование сигнала в течение 90 с. Результат теста оценивался по приросту диаметра плечевой артерии после окклюзии.
В ходе исследования оценивали кривую пульсовой волны на рабочей руке для расчета индекса жесткости ^1), рост испытуемого в метрах делили на время между прямой и отраженной волной (в секундах). Величина индекса жесткости определяется, в первую очередь, ригидностью аорты. Рассчитывали также индекс отражения (Ш), который свидетельствует о тонусе мелких резистивных артерий. Для его вычисления амплитуду отраженной волны делили на амплитуду прямой волны, и полученное число умножали на 100%. График окклюзионной пробы анализировался с расчетом процента прироста амплитуды сигнала (ПАС). В норме, когда эндо-телиальные клетки в состоянии вырабатывать оксид азота, наблюдается увеличение прироста амплитуды сигнала после окклюзии в 1,5—2 раза.
Результаты
Пациенты были разделены на четыре группы, в зависимости от наличия и стадии ДР (табл. 1). На момент исследования углеводный обмен во всех группах соответствовал стадии декомпенсации. Уровни гликированного гемоглобина увеличивались по мере прогрессирования ДР; различия достигали статистической значимости между 2-й и 3-й группами. Между собой не все группы были сопоставимы по возрасту и длительности СД, что, по-видимому, могло отразиться на выраженности изменений глазного дна. По мере нарастания тяжести ДР увеличивался возраст пациентов (/=0,23; р=0,041) и длительность заболевания (/=0,28; р=0,046). Пациенты не были сопоставимы и по уровню креа-тинина плазмы и СКФ (различия между группами статистически значимы), что отражает взаимосвязь между развитием и прогрессированием микрососу-
Таблица 1. Клиническая характеристика обследованных больных СД1
Показатель ДР0 («=18) 1-я группа НПДР («=46) 2-я группа ППДР («=15) 3-я группа ПДР («=39) 4-я группа р
Возраст, годы 24,0+4,2 27,8+6,0 28,1+6 30,8+4,5 Р0 1=0,024 Р0 3<0,001 р13=0,032
Пол: муж/жен 5/7 9/25 7/3 14/11
Длительность СД, годы 10,2+2,9 16,3+5,1 17,7+8,1 19,8+4,9 р1 2<0,001 р2 4=0,011 р1|3=0,025 р1_4<0,001
НЬА1с, % 8,9+1,9 9,4+2,2 9,9+1,5 9,7+1,8 р2|3<0,05
САД, мм рт.ст. 91,6+9,1 91,0+5,1 87,7+7,5 91,9+7,5 >0,05
Общий ХС, ммоль/л 4,6+1,0 5,2+2,1 4,8+0,7 5,4+1,8 >0,05
ЛПНП, ммоль/л 2,8+0,9 3,0+1,2 2,8+0,4 3,4+1,5 >0,05
ЛПВП, ммоль/л 1,5+0,3 1,5+0,4 1,3+0,2 1,3+0,4 р2_4=0,02
ТГ, ммоль/л 0,8+0,5 1,6+2,7 1,2+0,7 1,5+0,7 р1_4=0,01
Креатинин, мкмоль/л 64,6+19,6 76,1+28,3 84,2+25,0 121,2+43,3 р1|3=0,038
СКФ(MDRD), мл/ мин/1,73 м2
118,7+20,9
101,5+23,2
101,8+30,0
64,6+22,9
^1-4<0,001 р2_4<0,001 Рз_4=0,02
Р1—2=0,01 Рз—4<0,001 рх_4<0,001 р2_4<0,001
Таблица 2. Показатели к! и Б! в группах обследованных лиц
Показатель Здоровые («=23) ДР0 (и=18) НПДР (п=46) ППДР (п=15) ПДР (п=25)
1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа 5-я группа
SI, м/с
Ы, '
8,5+1,1
68,5+8,9
8,9+1,8
64,4+18,7
9,5+1,8
65,9+11,8
9,8+2,6
66,1+10,0
10,4+2,0
69,3+11,1
р1—3=0,02 рх_4=0,041 р15<0,001 р2 5=0,049
Р__5=0,04
>0,05
дистых осложнений СД. Во всех группах отмечалась дислипидемия. Показатели ЛПВП статистически значимо отличались между 2-й и 4-й группами, показатели ТГ _ между 1_4-й группами. В каждую группу входили пациенты с артериальной гипертонией, однако среднее артериальное давление (САД) в группах было сопоставимым.
Данные, полученные при анализе контурного анализа пульсовой волны, представлены в табл. 2.
При контурном анализе пульсовой волны показатель жесткости аорты во всех группах пациентов с ДР был достоверно выше, чем у здоровых испытуемых. Однако при сравнении пациентов с СД1 без ДР с контролем достоверных отличий показателя 81 выявлено не было. Необходимо отметить, что увеличение значения 81 практически не зависело от наличия артериальной гипертонии у пациентов.
При анализе значений М статистически значимых зависимостей обнаружено не было.
При анализе данных теста с реактивной гиперемией выявлено снижение ПАС у значительного числа пациентов, что является признаком эндотели-альной дисфункции и наблюдается даже у пациентов без признаков поражения сосудов глазного дна. Однако наряду со снижением данного показателя у многих пациентов наблюдались парадоксально высокие его значения (увеличение более чем в 2 раза) (см. рисунок).
Следует отметить сильную положительную корреляцию между ДР и ПАС (/=0,83; р=0,002). При этом у пациентов с ДР0 и ДР1 преобладало снижение ПАС, а у пациентов с более тяжелым поражением сетчатки _ увеличение ПАС.
При анализе значений ПАС, превышающих целевые, не выявлено статистически значимых зависимостей от возраста и пола. По мере увеличения длительности заболевания отмечалось нарастание частоты выявления парадоксально высоких цифр ПАС.
I—I
—^ |_| ПАС<1,5
I | 2>ПАС>1,5 6^5
I ПАС>2
П гп I 45,8
357 ■
^25 25 Я 26^^11
1 ■ ^ ГП
—^—I———^—I————I————I————I
Здоровые ДРО НПДР ПГЩР ПДР
Постокклюзионный прирост амплитуды сигнала у пациентов исследуемых групп.
Обсуждение
В большинстве проведенных ранее исследований [7—9] эндотелиальную функцию оценивали у пожилых пациентов с СД2, имеющих различную сопутствующую патологию. В этих работах, при оценке ЭЗВД отмечалось снижение ПАС по мере развития и прогрессирования сосудистых осложнений СД. Мы изучали состояние эндотелия у молодых пациентов с СД1, без сопутствующей (не относящейся к СД) сосудистой патологии и дополнительных факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний. Снижение амплитуды сигнала является общеизвестным признаком эндотелиальной дисфункции — недостаточной выработки оксида азота эндотели-альными клетками вследствие их повреждения. Однако наряду со снижением ПАС у многих пациентов с микрососудистыми осложнениями мы наблюдали парадоксальное увеличение этого показателя (больше, чем в 2 раза). Чем более выраженными были осложнения, тем чаще увеличение ПАС преобладало над его снижением. Наиболее высокие показатели отмечались нами у пациентов с наиболее выраженными изменениями сетчатки, что могло свидетельствовать о повышенном содержании NO в крови у данной категории больных. Выработка эндотели-ального NO происходит под действием эндотели-альной NO-синтазы (еNOS) и напрямую зависит от сохранности эндотелия. Снижение продукции NO говорит о повреждении эндотелиального слоя, что приводит к развитию и прогрессированию ангиопа-тий. Большой интерес представляет тот факт, что в ответ на действие многих провоспалительных факторов, напротив, обнаруживается избыточная секреция NO, связанная с действием индуцибельной синтазы оксида азота (iNOS). Это стимулирует выделение оксида азота на протяжении многих часов и дней, что способствует усилению ангиогенеза и пролиферации клеток [10]. Гиперпродукция NO сопровождается цитотоксическим и цитостатическим
эффектом, приводя к чрезмерной вазодилатации и повреждению тканей. Проведенные ранее имму-ногистохимические исследования подтверждают увеличение уровня iNOS в сетчатке пациентов с ДР без повышения еNOS. Усиленная экспрессия iNOS обнаруживается и при атеросклеротическом поражении сосудов [11].
При развитии диабетических микроангиопатий эндотелиоциты в результате развивающейся их дисфункции практически не вырабатывают NO, и регуляцию сосудистого тонуса начинают выполнять тромбоциты и мононуклеары, вырабатывая NO [12]. Синтез NO тромбоцитами усиливается при их агрегации. Не исключено, что одним из механизмов развития и прогрессирования диабетической ангио-патии является повышение функциональной активности этих клеток крови. Проведенные ранее исследования подтверждают усиление генерации NО у больных СД1 с микрососудистыми осложнениями по сравнению со здоровыми людьми и пациентами без микроангиопатий [13].
При СД (наличие гипергликемии, дислипиде-мии, окислительного стресса и нарушений цитоки-нового статуса) система регуляции выработки NO претерпевает сложные изменения. На начальных этапах повреждения сосудистого русла имеет место развитие эндотелиальной дисфункции с последующим снижением выработки эндотелиального NO. В данных условиях экспрессия iNOS окружающими тканями является компенсаторным механизмом восполнения пула NO. Однако при длительном воздействии патогенных факторов NO начинает оказывать повреждающее воздействие на ткани, приводя к преобладанию вазоконстрикции и прогрессирова-нию диабетических ангиопатий [2].
Таким образом, у больных СД1 в возрасте до 40 лет, имеющих высокий риск прогрессирования ан-гиопатий, возможно резкое увеличение ПАС в условиях повышенного базального уровня NO в крови. У пациентов старшей возрастной категории такой
эффект может нивелироваться за счет выраженных атеросклеротических изменений сосудов.
Выводы
1. Увеличение показателя SI по мере прогресси-рования ДР может являться ранним маркером поражений крупных сосудов (аорты) даже при отсутствии признаков артериальной гипертензии.
2. Снижение ПАС у пациентов без признаков поражения сетчатки свидетельствует о наличии дисфункции эндотелия еще на доклиническом этапе ДР.
3. Парадоксально высокий ПАС может свидетельствовать о наличии чрезмерно высокого базаль-
ного уровня N0, являющегося маркером воспаления и фактором высокого риска прогрессирования ангиопатий и фиброза.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — И.Я. Ярек-Мартынова, М.В. Шестакова
Сбор и обработка материала — Е.П. Кособян
Статистическая обработка данных — Е.П. Кособян
Написание текста — Е.П. Кособян, И.Я. Ярек-Мартынова
Редактирование — АС. Парфёнов, М.В. Шеста-кова
ЛИТЕРАТУРА
1. Сунцов Ю.И., Болотская Л.Л., Маслова О.В., Казаков И.В. Эпидемиология сахарного диабета и его распространенность в Российской Федерации. Сахарный диабет 2011; 1: 15—18.
2. Балаболкин М.И. Роль гликирования белков, окислительного стресса в патогенезе сосудистых осложнений при сахарном диабете. Сахарный диабет 2002; 4: 8—16.
3. Verma S., Buchanan M.R., Anderson T.J. Endothelial Function Testing as a Biomarker of Vascular Disease. Circulation 2003; 108: 2054—2059.
4. Bonetti P.O., Lerman L.O., Lerman A. Endothelial Dysfunction: A Marker of Atherosclerotic Risk. Arterioscler Thromb Vascular Biol 2003; 23: 168—175.
5. Widlansky M.E., Gokce N, Keaney J.F.Jr, Vita J.A. The clinical implications of endothelial dysfunction. J Am Coll Cardiol 2003; 42: 1149—1160.
6. Парфёнов А. С. Экспресс-диагностика сердечно-сосудистых заболеваний. Проблемы и поиски 2008; 6: 74—82.
7. Северина А.С., Галицина Н.А., Парфенова Е.В., Пахомова Е.А., Цоколева З.И., Велиткевич Е.А., Ратнер Е.И., Шестакова М.В. Роль дисфункции эндотелия в развитии диабетических макроангиопатий. Пособие для врачей. М 2007; 10—14.
8. Руденко Е.В. Функциональные особенности микроциркуляции у больных сахарным диабетом 2-го типа с сопутствующей артериальной гипертонией. Сахарный диабет 2008; 1: 28—32.
9. Викулова О.К., Ярек-Мартынова И.Я., Трубицина Н.П., Шестакова М.В. Показатели вазомоторной функции эндотелия и эластичности артериальной стенки при терапии ингибитором ангиотензинпревращающего фермента рамиприлом у больных сахарным диабетом 2-го типа. Кардиология 2008; 11: 47—52.
10. Гундорова Р.А., Чеснокова Н.Б., Шехтер А.Б., Пекшев А.В., Кваша О.И., Давыдова Н.Г., Столярова Е.П., Косакян С.М., Горбачёва О.А., Сиала С., Безнос О.В. Оксид азота в газовом потоке при лечении травм глаза (экспериментальное обоснование). Научно-практическая конференция «Оказание первой и специализированной помощи при травмах органа зрения в экстремальных ситуациях и катастрофах»: Сборник тезисов. М 2006; 91—93.
11. Brillante D.G., O'Sullivan A.J., Howes L.G. Arterial stiffness in insulin resistance: the role of nitric oxide and angiotensin II receptors. Vasc Health Risk Manag 2009; 5: 73—78.
12. ИсаковаН.В., ЦыбиковН.Н., Фефелова Е.В. Функциональная активность тромбоцитов и моноцитов у больных сахарным диабетом 1-го типа с неосложненным течением. Забайкал мед вестн 2007; 3: 15—19.
13. Anusha Mishra, Eric A. Newman Inhibition of Inducible Nitric Oxide Synthase Reverses the Loss of Functional Hyperemia in Diabetic Retinopathy. GLIA 2010; 58: 2000—2001.
