Использование амплитудно-фазовых параметров циркадианных ритмов в качестве диагностических маркеров нарушений углеводного обмена

ОБОСНОВАНИЕ

Неуклонный рост распространенности висцерального ожирения представляет угрозу здоровью, так как является основным фактором риска многих хронических заболеваний, в частности сахарного диабета 2 типа (СД2) [1][2]. Так, при развитии висцерального ожирения на фоне инсулинорезистентности (ИР) прогрессируют липо- и глюкозотоксичность в тканях, что нарушает метаболический баланс организма в целом [2][3]. Данный механизм можно сравнить с «бомбой замедленного действия», ведь в таком метаболическом неблагополучии до постановки диагноза СД2 человек может находиться в течение 10–15 лет [4]. Для того чтобы предотвратить точку невозврата, современные принципы диагностики должны рассматривать дополнительные ранние маркеры, сигнализирующие о начавшемся неблагополучии. На сегодняшний день растет количество публикаций, освещающих вопрос роли циркадианных ритмов в контроле глюконеогенеза и липогенеза [5]. В контексте развития СД2 все чаще упоминают рассогласование ритмов (десинхроноз), которое может происходить под действием внешних (например, нарушение гигиены сна) и внутренних факторов (например, ИР) [6–8]. Для диагностики десинхроноза применяется расчет амплитудно-фазовых параметров, так как именно амплитуда ритма при использовании корректного математического анализа является важнейшим интегральным показателем циркадианных ритмов [9]. Таким образом, изучение нарушений циркадианных ритмов с помощью амплитудно-фазовых параметров и факторов, влияющих на них, представляет особый интерес у лиц с висцеральным ожирением, предиабетом, так как полученные данные могут быть применены в качестве маркеров доклинической диагностики СД2.

ЦЕЛЬ

Выявить значимые различия параметров (амплитуды, акрофазы) циркадианных ритмов (гликемии натощак, базальной температуры тела, частоты сердечных сокращений) как маркеров десинхроноза в группах без нарушений углеводного обмена, но с наличием висцерального ожирения, предиабетом (нарушение гликемии натощак, тест нарушенной толерантности к глюкозе) и СД2.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Место и время проведения исследования

Место проведения. ГАУЗ ТО «Многопрофильный консультативно-диагностический центр».

Время исследования. 10.2016–04.2017. Для получения более достоверных результатов был выбран осенне-зимний период, так как, согласно литературным данным, он соответствует наиболее высоким колебаниям суточного ритма глюкозы натощак у лиц с СД2 и без него [10][11].

Изучаемые популяции (одна или несколько)

Изучались 3 популяции.

1. С висцеральным ожирением, без нарушений углеводного обмена.

Критерии включения для 1-й популяции: возраст 50–65 лет, окружность талии (ОТ) у женщин более 80 см и у мужчин более 94 см, ожирение 1-й степени.

Критерии исключения для 1-й популяции: ишемическая болезнь сердца, острое нарушение мозгового кровообращения, острый и перенесенный инфаркт миокарда, ранние нарушения углеводного обмена, СД1 и СД2, вирусные гепатиты, артериальная гипертония 2–3-й степени, ожирение 2–3-й степени.

2. С висцеральным ожирением и предиабетом (нарушение гликемии натощак, тест нарушенной толерантности к глюкозе, их сочетание).

Критерии включения для 2-й популяции: возраст 50–65 лет, ОТ у женщин более 80 см и у мужчин более 94 см, ожирение 1-й степени, стаж предиабета не более 5 лет.

Критерии исключения для 2-й популяции: ишемическая болезнь сердца, острое нарушение мозгового кровообращения, острый и перенесенный инфаркт миокарда, СД1 и СД2, вирусные гепатиты, артериальная гипертония 2–3-й степени, ожирение 2–3-й степени.

3. С висцеральным ожирением и с наличием СД2.

Критерии включения для 3-й популяции: возраст 50–65 лет, ОТ у женщин более 80 см и у мужчин более 94 см, ожирение 1-й степени, стаж СД2 не более 5 лет.

Критерии исключения для 3-й популяции: ишемическая болезнь сердца, острое нарушение мозгового кровообращения, острый и перенесенный инфаркт миокарда, СД 1 типа, вирусные гепатиты, артериальная гипертония 2–3-й степени, ожирение 2–3-й степени.

Способ формирования выборки из изучаемой популяции (или нескольких выборок из нескольких изучаемых популяций)

Произвольный.

Дизайн исследования

Одноцентровое интервенционное одномоментное трехвыборочное несравнительное.

Описание медицинского вмешательства (для интервенционных исследований)

В соответствии с дизайном исследования каждые 3 ч в течение 1 сут участники в домашних условиях производили самостоятельные измерения гликемии натощак, базальную температуру тела (БТТ) и частоту сердечных сокращений (ЧСС) с фиксацией результатов в дневниках самоконтроля и заполняли опросник-тест Хорна–Остберга на бумажном носителе для определения хронотипа.

Методы

Для соответствия критериям включения/исключения участники исследования заполняли анкету с указанием возраста, антропометрических параметров (вес, кг; рост, см; ОТ, см), даты постановки диагноза нарушений углеводного обмена, анамнестических данных (наличие артериальной гипертонии, ишемической болезни сердца, острого/перенесенного инфаркта миокарда в течение 1 года, острого нарушения мозгового кровообращения, вирусных гепатитов), кроме того, проводился анализ первичной медицинской документации.

Для реализации поставленной цели нами были проанализированы суточные ритмы интегральных физиологических показателей — гликемии натощак, БТТ и ЧСС. Выбор данных показателей был обусловлен тем, что высокая ЧСС в покое и низкая вариабельность сердечного ритма относятся к доступным маркерам вегетативного дисбаланса при наличии висцерального ожирения и СД2 [12][13]. А суточный ритм БТТ/кожи является золотым стандартом в хронофизиологии и применяется для оценки энергетического обмена и функционирования эндокринной системы [14].

Все участники исследования были обучены самостоятельному измерению гликемии с помощью индивидуальных глюкометров («Сателлит», Россия), БТТ в подмышечной впадине с применением ртутного термометра (AMRUS TVY-120, США) и ЧСС с помощью полуавтоматического тонометра (AND UA-604, Россия). В соответствии с дизайном исследования каждые 3 ч в течение 1 сут участники в домашних условиях производили самостоятельные измерения данных показателей с фиксацией результатов в дневниках самоконтроля. Для исключения возможности фазового сдвига циркадианного ритма, связанного с особенностями режима сна и хронотипа, все участники заполняли дневник с фиксацией времени отхода ко сну и опросник-тест Хорна–Остберга [15]. По количеству набранных баллов в тесте Хорна–Остберга выделяют 3 основных хронотипа: определенно утренний тип — 70–86; умеренный утренний тип — 59–69, «жаворонки», умеренный вечерний тип — 31–41; определенно вечерний тип 16–39, «совы» и промежуточный тип — 42–58, «голуби». Тест состоит из 19 уточняющих вопросов, позволяющих определить организацию физиологических функций организма и его способность к адаптации. Для оценки хронобиологических параметров (амплитуды, акрофазы, МЕSOR — Midline Estimating Statistic of Rhytm) изучаемых суточных ритмов гликемии, БТТ и ЧСС применялся косинор-анализ с пакетом программ rCATkit, University of Minnesota [16]. Входной информацией для него стали хронограммы на основе 8 измерений, где амплитуда и акрофаза были представлены в виде доверительного интервала.

Статистический анализ

Математическая обработка данных осуществлялась в программах SPSS 22.0, STATISTICA 6. Данные в работе представлены в виде абсолютных чисел и средних значений, для сравнения выборок использовался дисперсионный анализ Краскела–Уоллиса, критическое значение уровня значимости считали равным 0,05. Хронобиологические параметры (МЕSOR; амплитуда; акрофаза) исследовали с помощью косинор-анализа с проведением F-теста для оценки достоверности ритма, параметрического теста Бингама [16]. Расчет необходимого объема выборки осуществляли с учетом литературных данных о распространенности нарушений углеводного обмена [1] и с помощью формулы [17]:

n = t2 × M × (100 - М) / ∆2,

где n — значение выборки; t — доверительный коэффициент (1,96); М — полученный процент от общего объема обследованных; ∆ — размер неточности (5%). Далее подвыборка была сформирована произвольным способом из участников, отвечающих критериям включения.

Этическая экспертиза

Локальный Этический комитет при ФГБОУ ВО «ТюмГМУ» Минздрава России 17.09.2016 принял положительное решение относительно возможности проведения данного клинического исследования. Исследование проводилось с заполнением информированного согласия на участие всех обследованных лиц.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В исследование были включены лица (n=120) в возрасте от 50 до 65 лет, с наличием висцерального ожирения — ОТ 98,0 [ 90,2; 103,7] см в группе без нарушений углеводного обмена (n=40), ОТ 98,0 [ 89,0; 104,7] см с предиабетом (n=40) и ОТ 104,1 [ 102,3; 105,7] см в группе с СД2 (n=40) (р<0,0001), средним ИМТ 31,35±3,80 кг/м², из них 75% женщин и 25% мужчин. С помощью данных теста Хорна–Остберга удалось выявить, что 63% участников исследования имели промежуточный хронотип («голуби»), 24% — утренний («жаворонки») и 13% — вечерний («совы»). Тем не менее во всех группах были зафиксированы поздний отход ко сну (22.50–00.29 ч, 22.30–00.29 ч и 22.45–00.29 ч соответственно; р<0,001) и увеличение продолжительности сна (08.14 ч, 09.00 ч и 08.38 ч; р=0,002). Для лучшей визуализации полученных результатов основные хронобиологические параметры суточных ритмов гликемии натощак, БТТ и ЧСС у лиц без ожирения и нарушений углеводного обмена приведены в таблице 1.

Суточный паттерн гликемии натощак в исследовании выглядел следующим образом: изменение циркадианных ритмов гликемии натощак фиксировалось у обследованных в виде смещения времени начала утреннего подъема гликемии (08.00 ч, р<0,001), смещения ее максимальных значений (акрофазы) без нарушений углеводного обмена (21.30–02.00 ч; р<0,001), при предиабете (15.30–23.00 ч; р=0,013) и СД2 (13.00–19.00 ч; р=0,009); снижение амплитуды гликемии натощак в группах 0,25°; 0,36° и 0,47° соответственно, р<0,001. По литературным данным, подъем уровня глюкозы в крови совпадает с пробуждением, что происходит в результате активации гипоталамо-печеночной связи, опосредованно, через мелатонин, с включением глюконеогенеза. Фактическое время пробуждения у 90% лиц с утренним и 54% с промежуточным хронотипом приходилось на временной интервал 6.00–7.00 ч, что позволяет говорить об изменении циркадианного ритма гликемии натощак [18].

При проведении косинор-анализа в группах без нарушений углеводного обмена, с предиабетом и СД2 было выявлено, что МЕSOR гликемии натощак оставался высоким как в период бодрствования, так и в период сна [F (1,58)=11,55; р=0,0012], амплитуда уменьшалась [F (1,58)=5,39; р=0,024], акрофаза смещалась [F (2,114)=3,70; p=0,0278]. Для наглядности значения МЕSOR, амплитуды и акрофазы гликемии натощак в группах представлены на рисунке 1.

Суточный паттерн БТТ имел более выраженные отличия между группами с предиабетом и СД2 [F (1,483)=81,50; р<0,0001]. Так, произошло смещение времени начала роста БТТ в группах без нарушений углеводного обмена с 02.00 ч, предиабета с 08.00 ч и СД2 с 05.00 ч (р<0,001); уровень срединной ритма БТТ в группах составил 36,1°, 36,2°, 36,4° соответственно (р<0,001); снижение амплитуды БТТ суточного ритма 0,21°, 0,18°, 0,048° соответственно (р=0,004). Косинор-анализ показал изменения суточного паттерна БТТ, а именно срединный ритм был значительно выше в группе с СД2, чем в группе с предиабетом [F (1,69)=9,02; р=0,0037], и наоборот, суточная амплитуда (р=0,004) и акрофаза в группе с СД2 были минимальными (p=0,01) [F (2,136)=4,53; р=0,0012] (рис. 2).

Суточный паттерн ЧСС в группах был представлен увеличением значения среднесуточного уровня ЧСС (65,1±0,11, 70,9±0,24 и 77,3±0,13 в минуту соответственно; р<0,001), со снижением суточной амплитуды (4,7, 3,1 и 1,65 соответственно; р<0,001) и фазовой стабильности (16–17.00, 13–18 и 10–14.30 ч соответственно; р<0,001). С помощью косинор-анализа удалось обнаружить статистически значимые изменения в группе с предиабетом, так, МЕSOR увеличился по сравнению с группой без нарушений углеводного обмена [F (1,58)=9,87; р<0,0026], амплитуда уменьшилась [F (1,58)=4,67, р=0,0035], акрофаза сместилась [F (2,114)=3,95, р=0,022]. А в группе СД2 данные параметры показали более выраженные отклонения — МЕSOR [F (1,69)=13,88; р=0,0004], амплитуда [F (1,69)=4,90; р<0,003] и акрофаза [F (2,136)=4,44; р<0,014] (рис. 3).

Нежелательных явлений в ходе проводимого исследования зафиксировано не было.

ОБСУЖДЕНИЕ

Репрезентативность выборок

Набор лиц, принявших участие в исследовании, осуществлялся в городских поликлиниках города Тюмени. Полученные данные можно экстраполировать на популяцию возрастного диапазона от 50 до 65 лет с наличием висцерального ожирения и/или наличием нарушений углеводного обмена, при условии отсутствия ночных смен в графике работы (т.к. данное исследование у данной категории людей не проводилось).

Сопоставление с другими публикациями

В зарубежных научных публикациях (Zimmet P. et al., 2019) сообщается, что нарушение суточных ритмов может предшествовать развитию нарушений углеводного обмена [20], что удалось продемонстрировать и в нашей работе. Хотелось бы подчеркнуть, что на момент проведения нашего исследования по изучению связи нарушений амплитудно-фазовых интегральных параметров физиологических показателей гликемии натощак, БТТ и ЧСС, отражающих выраженность нарушений углеводного обмена, в международных базах данных аналогичных работ не было. Итак, изменения циркадианного ритма гликемии натощак имеют место уже в группе без нарушений углеводного обмена, что при наличии висцерального ожирения можно объяснить состоянием ИР [3][20]. Изменения суточного ритма БТТ имеют место у лиц без нарушений углеводного обмена на фоне висцерального ожирения, приобретая более выраженный характер в группе с предиабетом и СД2. Данный феномен, по мнению зарубежных авторов (Bastardot F., 2020; CJ. Morris, 2015), можно объяснить нарушением процессов терморегуляции и теплоотдачи. Так, при ожирении без нарушений углеводного обмена нарушается процесс теплоотдачи на периферии, а при присоединении СД2 снижается способность рассеивания тепла, в том числе за счет развития вегетативной дисфункции, поэтому период преобладания высокой БТТ увеличивается [21]. Нарушения суточного ритма ЧСС также связаны с состоянием ИР и могут рассматриваться как маркер вегетативной дисфункции как у лиц с висцеральным ожирением, так и при диагностированном СД2 (Аничков Д.А., Шостак Н.А., 2005), а также являться фактором риска развития сердечно-сосудистых осложнений у данной категории пациентов [12].

Важно подчеркнуть, что суточные ритмы описанных физиологических параметров начинают меняться до проявлений СД2 в виде снижения амплитуды суточных ритмов гликемии натощак, БТТ и ЧСС (р<0,001) со смещением их акрофаз (р<0,001), повышением ночной БТТ (р<0,001). Поэтому, по мнению ряда авторов (Harfmann B.D., 2017, Poggiogalle E., 2018; Knutson K.L., 2018), амплитудно-фазовые параметры данных физиологических показателей могут быть рассмотрены в качестве дополнительных маркеров, указывающих на развитие предиабета и СД2 [22–24]. Необходимо напомнить, что склонность к возникновению внутренней десинхронизации зависит также от индивидуальных физиологических качеств, в частности хронотипа [25], который, по мнению Kalmbach D.A. (2017) является наследуемым признаком и на 50% зависит от генетических факторов [26][27], но при этом модулируется и внешними факторами — фотопериодическим режимом, который, в свою очередь, связан с цикличностью сна-бодрствования [28]. В нашем исследовании смещение циркадианных ритмов изученных физиологических показателей было связано с нарушением гигиены сна. Так, независимо от принадлежности к хронотипу у всех участников исследования фиксировались позднее время отхода ко сну и, как следствие, более позднее пробуждение (р<0,001), что могло повлиять и на суточный ритм гликемии натощак, о чем сообщается также в работе Knutson K.L. (2018), и на суточный ритм БТТ, что также описывает автор Panda S. (2016) [22][29]. Таким образом, на вопросы соблюдения гигиены сна, с учетом индивидуальных особенностей хронотипа, необходимо обратить внимание как на инструмент немедикаментозной профилактики метаболических заболеваний.

Клиническая значимость результатов

Данное исследование, наряду с другими публикациями, подчеркивает роль циркадианных ритмов, как основы адаптационного механизма в поддержании метаболического равновесия. Полученные результаты могут быть использованы как дополнительный инструмент диагностики десинхроноза еще до развития СД2, что имеет профилактическую направленность.

Ограничения исследования

Ограничением данного исследования может являться некорректное заполнение участниками дневников самоконтроля, с фиксацией в них исследуемых параметров (гликемии натощак, БТТ, ЧСС).

Направления дальнейших исследований

Целесообразно дальнейшее исследование нарушений циркадианных ритмов у лиц с наличием висцерального ожирения на более крупной выборке, с применением портативного актиметра, суточного контроля гликемии (iPro 2) и холтеровского мониторирования сердца.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, исследование нарушений внутренних циркадианных ритмов с помощью интегральных амплитудно-фазовых параметров физиологических показателей (гликемии натощак, БТТ, ЧСС) на сегодняшний день представляет особый интерес не только с точки зрения науки, но клинической практики. Параметры (амплитуда, акрофаза) циркадианных ритмов как маркеры десинхроноза могут применяться при наличии висцерального ожирения для доклинической диагностики предиабета и СД2, что будет иметь профилактическую направленность. Данный метод хронодиагностики может быть полезен в центрах здоровья и профилактики для лиц, входящих в группу риска развития СД2.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источники финансирования. Исследование выполнено при финансовом и инструментальном обеспечении ГАУЗ ТО «Многопрофильный консультативно-диагностический центр».

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов. Южакова А.Е. — дизайн исследования, получение и интерпретация результатов, написание статьи; Нелаева А.А. — концепция, внесение в рукопись существенной правки с целью повышения научной ценности статьи; Нелаева Ю.В. — концепция, внесение в рукопись существенной правки с целью повышения научной ценности статьи; Губин Д.Г. — дизайн исследования, анализ данных, написание статьи. Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.