Метаболиты микробиоты кишечника и параметры инсулинорезистентности как потенциальные индикаторы развития и прогрессирования артериальной гипертензии

ОБОСНОВАНИЕ

В 2019 г. Sun S. et al. опубликовали первое популяционное когортное исследование взаимосвязи между микробиотой кишечника и гипертонией, которое показало, что разнообразие микробиоты кишечника отрицательно коррелирует с гипертонией. Были выявлены значительные различия в структуре и составе микробиоты кишечника у пациентов с гипертонией при разном уровне риска сердечно-сосудистых заболеваний, а некоторые кишечные микробы были тесно связаны с тяжестью гипертонии. Полученные данные подтвердили, что микробиота кишечника является ключевым фактором, влияющим на развитие и прогрессирование гипертонии [1].

Ge Y. et al. показали, что у пациентов с гипертонией наблюдается явная связь нарушения микробиоты кишечника и дисфункции кишечного барьера. Повреждение кишечного барьера не только вызывает дисбиоз микробиоты кишечника, но и приводит к повышению проницаемости кишечника, бактериальной транслокации эндотоксина, системному воспалению, которые, в свою очередь, усиливают дисфункцию эндотелиальных клеток и в итоге инициируют или усугубляют артериальную гипертензию [2]. Kim S. et al. подтвердили, что у пациентов с гипертонией значительно повышался уровень белков, связывающих жирные кислоты в кишечнике, липополисахарида (ЛПС) и провоспалительных Т-хелперов 17 (Th17), что указывает на наличие системного воспаления на фоне повышенной проницаемости кишечника у пациентов с гипертонией [3].

O’Donnell JA. et al. обратили внимание на то, что микробиом кишечника может регулировать артериальное давление несколькими способами, в первом случае за счет метаболитов, которые могут быть как полезными (например, короткоцепочечные жирные кислоты и индолуксусная кислота), так и вредными (например, N-оксид триметиламина), и путем активирования сигнальных путей через рецепторы, связанные с G-белком или путем прямой активации иммунных клеток. Более того, нарушение эпителиального барьера кишечника может активировать механизмы, такие как ренин-ангиотензин-альдостероновая система, вегетативная нервная система и иммунная система [4].

Существует также ряд работ, свидетельствующих о том, что микробиота кишечника является фактором развития инсулинорезистентности, поскольку регулирует выработку метаболитов, влияющих на метаболизм глюкозы и липидов. Кроме этого, микробиота кишечника регулирует выработку короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), влияет на выработку кишечных гормонов и контролирует выработку цитокинов, которые играют ключевую роль в регулировании воспаления и резистентности к инсулину, особенно у пациентов с ожирением [5][6].

Стабильный интерес в представляемой нами теме исследования определяет ее актуальность и свидетельствует о растущем признании важности этой области исследований [5].

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследовать особенности и взаимосвязь метаболитов МК с параметрами инсулинорезистентности (ИР) у пациентов с АГ и определить их роль в качестве индикаторов развития и прогрессирования АГ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Место проведения исследования

Настоящее исследование проводилось на базе отделения артериальной гипертонии и коронарной недостаточности Научного отдела клинической кардиологии Тюменского кардиологического научного центра — филиала Томского НИМЦ СО РАН.

Время исследования

Набор пациентов осуществлялся с 10.09.2021 по 20.05.2022 гг.

Изучаемые популяции

Исследование проводилось в группе больных АГ и контрольной группе лиц без АГ, сопоставимых по полу, возрасту, жителей г. Тюмень и Тюменского района.

Критерии включения: мужчины и женщины в возрасте от 25 до 65 лет, с наличием АГ 1–3 степени, I–II стадии согласно Клиническим рекомендациям по АГ для взрослых 2020 г. — и без; наличие АО определялось согласно критериям диагностики МС, предложенных ВНОК в 2009 г.; наличие подписанного пациентом добровольного информированного согласия.

Критерии исключения: хронические гепатиты и цирроз печени различной этиологии; эндокринные заболевания — установленный СД 1 и 2 типа, заболевания ЩЖ и других желез внутренней секреции; хроническая почечная недостаточность различной этиологии; опухоли различной локализации; беременность и лактация; воспалительные заболевания кишечника; резистентная гипертония, ИБС и перенесенное ОНМК в анамнезе; острые или обострение хронических воспалительных заболеваний; системные заболевания соединительной ткани; злокачественные новообразования; острые заболевания с кишечной симптоматикой, перенесенные менее 3 месяцев назад; лечение антимикробными препаратами в период за 3 месяца до исследования.

Критерии включения и исключения определялись на основе опроса жалоб и анамнеза пациентов, исследования объективного статуса пациентов, изучения выписок и данных 1С информационной системы.

Способ формирования выборки из изучаемой популяции

Выборка для участия в исследование формировалась методом случайных чисел из пациентов ТКНЦ, сопоставимых по полу и возрасту.

Дизайн фрагмента проводимого исследования

Одноцентровое, одномоментное, сравнительное исследование.

Методы

Всем пациентам проводилось антропометрическое исследование в утренние часы. Рост и массу тела измеряли с помощью ростомера и электронных весов. Индекс массы тела (ИМТ) определяли по формуле: ИМТ=Масса тела (кг)/Рост (м²). Окружность талии измеряли в положении стоя, на середине расстояния между нижним краем грудиной клетки и гребнем подвздошной кости по средней подмышечной линии с помощью сантиметровой ленты. При окружности талии >94 см у мужчин и >80 см у женщин и коэффициенте ОТ/ОБ у мужчин >1,0, у женщин >0,85 диагностировали абдоминальное ожирение (АО) по критериям ВНОК.

В лаборатории клинико-диагностических и молекулярно-генетических исследований ТКНЦ пациентам во всех исследуемых группах проводилось лабораторное исследование биообразцов крови и кала. Оценивали параметры метаболома МК: уровень ТМА, ТМАО определялся в сыворотке крови на базе биоаналитической лаборатории «Экзактэ лабс» на жидкостном хромато-масс-спектрометре Shimadzu 8050 (Япония) с электрораспылительной ионизацией; короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) в копрофильтрате исследовали методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии/ газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектированием (ГХМС/ГХ-ПИД); уровень эндотоксина оценивали хромогенным набором LAL-тест; из биохимических параметров определяли липидный профиль (ОХС, ХСЛПНП, ХСЛПВП, ТГ), глюкозу натощак — на аппарате «Cobas integra plus 400» (Италия); концентрацию С-реактивного белка (вч-CРБ, Вектор — Бест, Россия) — иммуноферментным анализом на микропланшетном фотометре Stat Fax4200 (США); уровень ИЛ-1β, 6, 8, гомоцистеина — методом твердофазного хемилюминесцентного иммуноферментного анализа («сэндвич» метод) на анализаторе «IMMULITE 2000» (реактивы Siemens Diagnostics, США), гормональный статус — С-пептид (Diagnostics Biochem Cаnada Inc). Индекс TyG рассчитывали: TyG=ln (триглицериды натощак [ммоль/л] x 88,57 x глюкоза натощак [ммоль/л] x 18) / 2).

В исследуемых группах проводилось суточное мониторирование артериального давления (АД) на аппарате BPLaB, производитель ООО «Петр Телегин», по стандартному протоколу; исследование эластических свойств сосудистой стенки методом сфигмографии — на аппарате Vasera VS-1000 Series (Fukuda Denishi, Япония), с оценкой показателя скорости распространения пульсовой волны (СРПВ, PWV).

Статистический анализ

Статистический анализ проведен с помощью пакета прикладных программ SPSS 21 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) и Statistica 12.0. Распределение переменных оценивали по критерию Колмогорова-Смирнова с коррекцией значимости Лильефорса. При нормальном распределении количественных данных показатели оценивали как среднее арифметическое ± стандартное отклонение (M±SD), в случае распределения, отличного от нормального, — как медианное значение (Me) и интерквартильный размах в 25 и 75 процентилей [ 25; 75]. Значимость различий непрерывных переменных между группами оценивали в зависимости от распределения данных критерием Стьюдента для независимых выборок или критерием Манна-Уитни. Изменения в динамике количественных переменных оценивали критерием Стьюдента для парных выборок, дисперсионным анализом или критерием Вилкоксона, критерием Фридмана. Применялась поправка Бонферрони на множественные сравнения. Для сравнения качественных переменных между группами использовали критерий хи-квадрат или точный критерий Фишера, для сравнения изменений в динамике — критерий Мак Немара. Оценку корреляционных связей между парами количественных признаков осуществляли при нормальном распределении с использованием анализа Пирсона, при отсутствии нормального распределения — с помощью анализа Спирмена. Также использовали логистическую и линейную регрессии, данные ROC-анализа. Результаты считали статистически значимыми при уровне p<0,05.

Этическая экспертиза

Протокол исследования одобрен Комитетом по биомедицинской этике Тюменского кардиологического научного центра, Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук (номер протокола № 171 от 11.05.2021 г.). Перед включением в исследование у каждого из участников исследования было получено письменное информированное согласие на участие в исследовании и об использовании результатов обследования в научных целях.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В исследование вошел 161 пациент, из которых были сформированы 3 основные группы: 1-я группа — лица без АГ (n=45), 2-я группа — пациенты с эссенциальной АГ 1-3 степенью (n=53); 3-я группа — пациенты с АГ 1-3 степенью и абдоминальным ожирением (n=63), сопоставимые по возрасту, полу, проводимой терапии. Медикаментозная терапия во 2-й и 3-й группах включала: ИАПФ — 32,10–28,60%; БРА — 62,30–65,10%; бета-блокаторы — 26,40–25,40%; антагонисты кальция — 9,40–12,70%; тиазидоподобные диуретики — 13,20–22,20%; статины — 43,40– 50,80% соответственно.

Клинико-антропометрическая характеристика пациентов представлена в таблице1.

Из представленных в таблице 1 данных видно: пациенты в 1-й группе значимо отличались от пациентов 2-й и 3-й групп по параметрам ИМТ, ОТ, ОБ, офисного САД, ДАД (p<0,001). Пациенты во 2-й группе отличались от 3-й группы по параметрам массы тела, ИМТ, ОТ, ОБ, ОТ/ОБ, которые были значимо выше в 3-й группе.

Результаты исследования метаболитов микробиоты кишечника в группах пациентов с АГ и АГ с АО по сравнению с контрольной группой лиц представлены в таблице 2.

Из представленных данных видно, что уровень ТМА значимо выше в группе пациентов АГ по сравнению с параметрами в группе контроля (p=0,002). Уровень ТМАО в 3-й группе имеет тенденцию к превышению параметра в КГ (р=0,061) и значимо выше параметра в группе пациентов с АГ (р=0,012).

Образующийся в печени из ТМА ТМАО является эндотелиальным токсическим фактором, который подавляет обмен холестерина, способствует агрегации тромбоцитов, тромбозу и развитию атеросклероза. TMAO имеет ключевое значение в развитии воспалительных процессов, активируя различные инфламмасомы и способствуя увеличению уровня воспалительных маркеров, таких как цитокины ИЛ- 1β, ИЛ-6, ИЛ-8 и циклооксигеназы-2 [7][8].

Зарегистрированный повышенный уровень ТМАО в группе АГ с АО может быть ассоциирован в этой группе с более выраженной воспалительной реакцией и эндотелиальной дисфункцией, вероятнее всего, за счет наличия у пациентов в этой группе абдоминального ожирения. В целом, повышенное содержание ТМАО существенно повышает риск развития больших сердечно-сосудистых событий [9].

Следующий исследуемый маркер — эндотоксин, в нашем исследовании максимальный уровень эндотоксина зарегистрирован в группе пациентов с АГ и АО, при этом параметр значимо превышает показатель в КГ (p=0,019). Превышение уровня в группах больных АГ подтверждает данные о том, что нарушение кишечного барьера способствует усилению проникновения липополисахаридов (ЛПС) в кровоток, приводя к развитию «метаболической эндотоксемии» и к созданию условий для развития кардиометаболических заболеваний [9, 10].

По результатам исследования КЦЖК выявлено, что суммарное содержание монокарбоновых кислот: С2 — уксусной, С3 — пропионовой, С4 — масляной значимо выше во 2-й и 3-й группах по сравнению с контрольной группой пациентов (p<0,002, p<0,004, соответственно группам). Анализ относительной концентрации представленных КЦЖК не выявил значимых изменений между группами, поэтому результаты их содержания в работе не приводятся.

Параллельно мы оценили спектр биохимических, воспалительных параметров и гормональный профиль пациентов в исследуемых группах. В таблице 3 представлены результаты основных параметров, имеющих различия между группами пациентов.

Как видно из представленных данных в таблице 3, обращают на себя внимание параметры липидограммы. В группах пациентов с АГ отмечается значимое превышение целевого уровня показателей ОХС, ХСЛПНП, а в группе АГ с АО — еще дополнительное превышение целевого уровня ТГ (p=0,001) по сравнению с КГ. Нами зарегистрировано повышение значения индекса «триглицериды/глюкоза» (TyG) в группе пациентов с АГ и АГ с АО по сравнению с группой контроля (р<0,001). В настоящее время индекс TyG стал шире использоваться в роли доступного и надежного маркера инсулинорезистентности, поэтому важно, что в группе с АГ с АО был также зарегистрирован повышенный по сравнению с КГ и группой с АГ уровень с-пептида (p<0,001) как одного из маркеров ИР.

Кроме этого, зарегистрированы значимо более высокие показатели интерлейкина 1β в группе АГ и АГ с АО (p=0,001, для обеих групп); у пациентов с АГ и АО выявлено значимо превышающее значение показателя вч-СРБ, чем в КГ (р=0,002) и группе с АГ (p=0,001). Повышение уровня воспалительных маркеров в группах с АГ является фактором, отражающим наличие неспецифического низкоинтенсивного воспалительного процесса, способного обусловливать как инициацию, так и прогрессирование эндотелиальной дисфункции и ИР с развитием атеросклеротических процессов в артериальной стенке.

Сравнительная характеристика параметров СМАД в группах пациентов показала закономерное превышение параметров систолического АД (САД) — 112,26±9,46, 122,60±12,76, 130±14,56 мм рт.ст. и диастолического АД (ДАД) 74,42±8,45, 78,77±10,08, 80,88±9,97 мм рт.ст. во 2-й и 3-й группах по сравнению с 1-й группой (р=0,001) для всех показателей. Такая же тенденция зарегистрирована по параметру вариабельности САД и ДАД.

Скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) во всех группах пациентов достоверно превышала нормативные значения (10 м/сек) (11,58±1,70, 12,46±1,71, 12,59±2,6 м/с), но значимо выше была в 3-й группе по сравнению с 1-й группой (р=0,015).

Методом корреляционного анализа выявлены ассоциации метаболитов МК с биохимическими параметрами крови, АД и СРПВ. Так, в группе с АГ: ТМА взаимосвязана с вч-СРБ (r=0,434; p=0,039), С-пептидом (r=0,592; p=0,001), САД24 (r=0,807, р=0,052), ЧСС24 (r=0,391, р=0,048).

В группе с АГ и АО: ТМA с ИЛ-1β (r=0,458, р=0,042), гомоцистеином (r=0,580, р=0,005); ТМАО с ИЛ-1β (r=0,506, р=0,023); эндотоксин с вч-СРБ (r=0,514, р=0,042); КЦЖК С2 с СРПВ (r=0,425, р=0,049), ТГ (r=0,330; p=0,014) и мочевой кислотой (r=0,422; p=0,001); ТМАО с САД в дневное время (дн.) (r=0,649, p=0,001).

Зарегистрированная взаимосвязь TyG с изучаемыми лабораторно-инструментальными параметрами представлена в таблице 4.

В целом, представленные взаимосвязи метаболитов МК и TyG с изучаемыми лабораторно-инструментальными параметрами могут свидетельствовать об их потенциальной значимости в качестве индикаторов развития жесткости сосудистой стенки, подтверждая важность использования новых диагностических подходов для уточнения звеньев патофизиологического процесса ремоделирования сосудистой стенки, инициации и прогрессирования АГ.

Проведение логистического регрессионного анализа позволило подтвердить наличие зависимости показателя СРПВ от уровня КЦЖК С2, индекса TyG и САД от TyG в группе пациентов с АГ и АО, таблица 5.

Ассоциированная связь состояния ИР со структурно-функциональным состоянием сосудистой стенки и развитием АГ находит подтверждение в ряде экспериментальных и клинических работ. Так в исследовании Yan Y et al. индекс TyG зарекомендовал себя как надежный маркер ИР, связанный с жесткостью артерий, которая считается одним из самых ранних признаков повреждения сосудов и достоверно предсказывает сердечно-сосудистую заболеваемость и смертность [10].

Также в исследовании Lee SB et al. было продемонстрировано, что индекс TyG связан с повышенной жесткостью артерий у взрослых корейцев [11].

Кроме всего, проведение нами ROC-анализа показало высокую диагностическую значимость параметра TyG в качестве маркера инсулинорезистентности у пациентов с АГ. Площадь под ROC-кривой (AUC) составила 0,770 (95% ДИ 0,693–0,847), р<0,001, точка отсечения TyG для использования в диагностике инсулинорезистентности равна 4,61 с чувствительностью 68,7% и специфичностью 77,3% (рис. 1).

ОБСУЖДЕНИЕ

Артериальная гипертония является одним из ведущих факторов риска развития ССЗ. В России смертность от ССЗ обусловливает каждый второй случай летальных исходов. АГ и ее осложнения играют ключевую роль среди причин высокой смертности в индустриально развитых странах по данным Бойцова С.А., 2018.

Значительный интерес в последнее время сосредоточен на изучении роли нарушений МК как нового фактора риска развития и прогрессирования кардиоваскулярных заболеваний [12], который способен выступать в качестве самостоятельного фактора, определяющего неблагоприятный прогноз заболевания, способствуя выработке активных вторичных метаболитов, вызывающих побочные эффекты [3][4]. Кроме того, в настоящее время накапливаются научные данные по влиянию метаболитов МК на развитие и прогрессирование АГ за счет влияния на процессы инсулинорезистентности [5].

По данным ряда исследований, микробиота кишечника влияет на резистентность к инсулину несколькими способами. Во-первых, она регулирует выработку КЦЖК, которые образуются в результате ферментации пищевых волокон и играют ключевую роль в регулировании метаболизма глюкозы и липидов. Во-вторых, микробиота кишечника влияет на выработку кишечных гормонов, таких как глюкагоноподобный пептид-1 (GLP-1), который играет ключевую роль в регулировании гомеостаза глюкозы и секреции инсулина. Наконец, микробиота кишечника регулирует выработку цитокинов, таких как фактор некроза опухоли-альфа (TNF-альфа), который играет ключевую роль в регулировании воспаления и резистентности к инсулину, особенно у пациентов с абдоминальным ожирением [5][12][13].

Увеличению жировой ткани способствуют как гиперплазия, так и гипертрофия адипоцитов. Хемотаксические сигналы от адипоцитов, находящихся в состоянии стресса, привлекают макрофаги из костного мозга [14][15][16], которые накапливаются вокруг адипоцитов и выделяют цитокины [17][18]. Это метаболически активированное воспаление — дополнительный механизм, способствующий развитию резистентности к инсулину. Хотя в настоящее время хорошо известно, что ожирение у человека — это хроническое воспалительное состояние, которое нарушает метаболический гомеостаз [19][20], механизмы, с помощью которых воспаление может вызывать резистентность к инсулину в различных тканях, и важность этих процессов для развития резистентности к инсулину, остаются предметом активных исследований [21][22]. К цитокинам, наиболее часто связанным с резистентностью к инсулину, относятся TNF-α и ИЛ-1β, хотя другие цитокины, в том числе лейкотриен B₄ и галектин-3, также были предметом недавних исследований [23][24]. По данным ряда авторов, висцеральный жир может быть не просто инертным хранилищем, а ключевым фактором чувствительности и резистентности организма к инсулину [25].

Полученные данные в исследовании дают возможность объяснить максимальную выраженность процессов ИР у пациентов в группе АГ с АО в нашей работе, в частности максимальный уровень эндотоксина, ТМАО, ИЛ-1β, С-пептида и индекса TyG были зарегистрированы именно в этой группе пациентов. Однако надо помнить о том, что механизмы, демонстрирующие взаимосвязь микробиоты кишечника, инсулинорезистентности, жесткости сосудистой стенки и артериальной гипертонии, более сложная проблема, чем кажется на первый взгляд, и требует более глубокого исследования.

Имеется достаточно данных о том, что артериальная жесткость — одно из самых ранних функциональных нарушений в процессе старения сосудов и напрямую влияет на сердечно-сосудистую систему, снижая эластичность артерий и повышая пульсовое давление. Все больше исследований показывают, что жесткость артерий является предвестником будущих сердечно-сосудистых заболеваний, таких как инфаркт миокарда, нестабильная стенокардия, сердечная недостаточность, инсульты. Учитывая, что патология, связанная с жесткостью артерий, развивается в течение длительного времени, существует острая необходимость в доступных и надежных маркерах для выявления пациентов на ранней стадии развития АГ и разработки соответствующих профилактических стратегий [26]. Своевременная коррекция МК и процессов инсулинорезистентности могут быть новыми инструментами в этом процессе.

Ограничения исследования

Данное исследование было ограничено количественным половым составом пациентов, расширение групп даст возможность нам оценить изучаемые параметры с учетом половых особенностей при дальнейших исследованиях с проспективным наблюдением пациентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сопряженность связи метаболитов МК и индекса TyG с воспалительными и липидными биомаркерами сыворотки крови, параметрами СРПВ и АД может подтверждать их роль в качестве индикаторов развития и прогрессирования АГ. Своевременное внедрение в клиническую практику этих диагностических критериев будет способствовать осуществлению ранних профилактических и терапевтических стратегий вмешательства.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источники финансирования. Работа выполнена по инициативе авторов без привлечения финансирования.

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

Участие авторов. Петелина Т.И. — концепция и дизайн исследования, написание статьи; Авдеева К.С. — анализ данных, написание статьи; Валеева Л.Л. — получение и анализ данных, написание статьи; Горбачевский А.В. — интерпретация результатов, внесение в рукопись существенной правки; Капустина А.А. — получение и анализ данных, написание статьи; Гапон Л.И. — концепция и дизайн исследования, внесение в рукопись существенной правки.

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.