Маркери обміну колагену i типу екстрацелюлярного матриксу в учасників ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС у віддалений період

ВСТУП

На підставі результатів останніх демографічних досліджень проблема виявлення осіб зі зниженою мінеральною щільністю кісткової тканини (МЩКТ) набуває всесвітнього рівня (Johnell O., Hertzman P., 2006), у зв’язку з чим експертами ВООЗ було виділено ряд факторів ризику, що можуть призвести до остеопенічного стану.

Відносно корекції та профілактики усі фактори ризику було розподілено на дві основні групи: ті, які можна модифікувати, та ті, які не можна модифікувати. До останніх належать вік, спадковість, етнічна приналежність, високий зріст, жіноча стать, менопауза. До чинників ризику, які можна модифікувати, віднесено тютюнопаління, надмірне вживання алкоголю, погіршення зору, недостатність фізичної активності, дефіцит маси тіла, застосування кортикостероїдних препаратів, вторинний остеопороз, схильність до падінь, недостатнє перебування на сонці та низька щільність кісткової тканини.

З факторів оточуючого середовища увагу дослідників привертали токсини, які здатні накопичуватися у кістках (свинець, алюміній, кадмій), але їх вплив на кісткову тканину достатньо не вивчено, а підвищений ризик переломів визначався тільки для кадмію (Alfven T. et al., 2000).

Впливу іонізуючого випромінення в діапазоні доз 0,5–2,0 Гр на неорганічний та органічний компонент кісткової тканини присвячена низка досліджень (Vozianov A. et al., 2003; Darchuk L.A. et al., 2008), у результаті яких (за допомогою методу інфрачервоної спектрометрії) виявлено деформацію органічного матриксу внаслідок розриву С-О-зв’язків та відносне збільшення його загальної маси. В свою чергу неповноцінна органічна матриця втрачає здатність утримувати іони мінеральних солей, що посилює процеси демінералізації.

В австралійському досліджені FREE Study (frail Elderly Study) виявлено зв’язок підвищеної швидкості кісткового ремоделювання (яка визначається концентраціями в сироватці крові амінотермінального пропептиду проколагену І типу та карбокситермінального телопептиду колагену І типу) з ризиком смертності, особливо від серцево- судинних захворювань (Sambrook P.N. et al., 2006).

На думку ряду авторів (Хазяинова Н.Ю. и соавт., 2007), зниження МЩКТ асоціюється з концентричним варіантом ремоделювання серця — підвищенням індекса маси міокарда лівого шлуночка (ІММЛШ) та відносної товщини стінок лівого шлуночка (ВТСЛШ).

У ряді робіт (Ковалева О.Н. и соавт., 2006; Sundstrom J., Vasan R.S., 2006) зазначено, що порушення синтезу та деградації колагену екстрацелюлярного матриксу стає ключовою особливістю атеросклеротичного процесу, структурно- геометричного ремоделювання лівого шлуночка (ЛШ) при артеріальній гіпертензії.

З позицій міждисциплінарного підходу в кардіології залишається дискусійною роль остеопенічного синдрому як незалежного фактора ризику розвитку кардіоваскулярних подій (Насонов Е.Л., 2002; Маличенко С.Б. и соавт., 2004).

Експертами міжнародного товариства остеопорозу визнано, що за останні роки коло застосування екстрацелюлярних маркерів метаболізму колагену в діагностиці та лікуванні остеопенічних станів та асоційованих з ними захворювань все більш розширюється (Seibel M.J., 2006a, b).

Порушення процесів кісткового ремоделювання та захворювання серцево-судинної системи, на наш погляд, пов’язані з однією загальною складовою органічного матриксу кісткової тканини та позаклітинного простору міокарда, а саме колагеном І типу.

Оцінка внеску радіаційного чинника в перебіг цих захворювань та визначення ефективності застосування біомаркерів екстрацелюлярного матриксу є важливим питанням у з’ясуванні їх патогенезу. Тому метою роботи стало визначення обміну колагену І типу в учасників ліквідації наслідків аварії (УЛНА) на ЧАЕС, опромінених у діапазоні доз від 0,15 до 7,1 Гр, з урахуванням нерадіаційних контрибуційних факторів.

ОБ’ЄКТ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

У дослідження були включені 137 хворих чоловічої статі, розподілених на основну та контрольну групи. Основну групу становили 100 УЛНА на ЧАЕС 1986 р., вік яких на момент обстеження становив у середньому 49,09±9,64 року, які зазнали впливу іонізуючого випромінення в діапазоні доз від 0,15 до 7,1 Гр. До групи порівняння увійшли 37 осіб віком на момент обстеження 46,62±8,76 року, які не постраждали внаслідок аварії на ЧАЕС і мали тотожню соматичну патологію, переважно системи кровообігу (гіпертонічну хворобу, ішемічну хворобу серця, цереброваскулярну недостатність). За віком на момент обстеження групи між собою не розрізнялися (p>0,05).

За офіційною (документованою) поглинутою дозою зовнішнього опромінення (ПДЗО) пацієнти основної групи були розподілені на дві підгрупи:

1-ша підгрупа — УЛНА на ЧАЕС, які перенесли гостру променеву хворобу (ГПХ) різного ступеня тяжкості і зазнали впливу іонізуючого випромінення у діапазоні доз від 1,0 до 7,1 Гр (n=50);

2-га підгрупа — УЛНА на ЧАЕС, які зазнали впливу іонізуючого випромінення в діапазоні доз від 0,15 до 0,99 Гр (n=50).

Пацієнти перебували на обстеженні та лікуванні у клініці НЦРМ АМН України протягом 2004–2008 рр. Встановлені діагнози обґрунтовані даними анамнезу та об’єктивним статусом, результатами лабораторно-інструментальних досліджень. Незважаючи на поліморбідність, притаманну цьому контингенту, критеріями відбору були відсутність в анамнезі тяжкої декомпенсованої соматичної патології, зловживання алкоголем. За даними анамнезу та медичної документації в обстежених були відсутні відхилення в стані здоров’я на доаварійному етапі. У окремих хворих виявлено захворювання щитовидної залози (хронічний тиреоїдит, вузловий та дифузний зоб) без порушень її функціонального стану або в стадії компенсації.

Обов’язково розраховували індекс маси тіла (ІМТ) згідно з рекомендаціями National Institutes of Health (1998). Оцінку ендокринологічного статусу виконували за класичними схемами з використанням загальноприйнятих стандартів діагностики та лікування ендокринних захворювань (Тронько М.Д. (ред.), 2007).

Визначення об’ємної фракції інтерстиціального колагену (ОФІК) проводили за формулою J. Shirani та співавторів (1992). Оцінку структурно- функціонального стану ЛШ проводили під час ехокардіографії відповідно до рекомендацій Американського ехокардіографічного товариства (Schiller N.B. et al., 1989). У М-режимі з парастернального доступу визначали такі параметри: кінцево-діастолічний розмір (КДР), кінцево-систолічний розмір (КСР), товщину міжшлуночкової перегородки (ТМШП) та задньої стінки ЛШ (ТЗСЛШ). На їх основі розраховували такі показники внутрішньосерцевої гемодинаміки: кінцево-діастолічний об’єм (КДО), кінцево-систолічний об’єм (КСО), масу міокарда ЛШ та ІММЛШ, ВТСЛШ. Типи структурно- геометричного ремоделювання визначали за показниками ВТСЛШ та ІММЛШ відповідно принципу A. Ganau (1992).

Серед обстежуваних осіб здійснювали також оцінку 10-річного ризику розвитку фатальних серцево-судинних захворювань за шкалою SCORE (Systematic COronary Risk Evaluation) на основі статі, віку, рівня систолічного артеріального тиску (САТ), концентрації загального холестерину в сироватці крові та статусу паління за рекомендаціями комітету експертів Всеросійського наукового товариства кардіологів (Комитет экспертов Всероссийского научного общества кардиологов (ВНОК), 2004).

Для діагностики остеопорозу використано ультразвуковий кістковий денситометр «Achilles» фірми LUNAR Corp. (США), який вимірює такі параметри: швидкість поширення ультразвуку (ШПУ, м/с), шиpокосмугове ослаблення ультразвуку (ШОУ, дБ/ МГц), індекс міцності кісткової тканини (ІМ, %), показники Z та Т. Згідно з рекомендаціями ВООЗ (Consensus development conference: diagnosis, prophylaxis, and treatment of osteoporosis, 1993), діагностика остеопорозу проводиться по останньому вищезгаданому показнику у вигляді стандартних відхилень (SD) від норми.

Методом радіоімунологічного аналізу в сироватці венозної крові визначали інтактний амінотермінальний пропептид проколагену І типу (procollagen type I N-terminal propeptide — PINP, мкг/л) та карбокситермінальний телопептид колагену І типу (collagen type I carboxy-terminal telopeptide — ICTP, мкг/л). Для кількісного визначення PINP in vitro використовували набір реактивів «UniQ PINP RIA kit» (Orion Diagnostica, Фінляндія) з референтними інтервалами 22–87 мкг/ л для чоловіків віком 22–65 років, а для визначення IСТP — набір реактивів «UniQ IСТP RIA kit» (Orion Diagnostica, Фінляндія) з нормативами для чоловіків віком 19–72 роки у межах 2,1–5,0 мкг/л.

Статистичну обробку результатів дослідження здійснено за допомогою програмного пакета Statistica 6,0 for Windows (StatSoft, Inc.) з розрахуванням середньої величини (M), стандартної помилки (m), коефіцієнта кореляції Пірсона (r), критерія Стьюдента, критерія χ2. Відмінності між порівнюваними показниками вважали достовірними при р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

За основними факторами ризику розвитку остеопенії, які не можна модифікувати (рівень доказовості А, В), основна та контрольна групи не розрізнялися (табл. 1), що підтверджує адекватність нозологічного контролю.

Таблиця 1

Відносна частота факторів ризику розвитку остеопенії, які не можна модифікувати, серед УЛНА на ЧАЕС та неопромінених осіб, Р±Δ%

За основними факторами ризику розвитку остеопенії, які можна модифікувати (рівень доказовості А, В), основна та контрольна групи також не розрізнялися (табл. 2).

Таблиця 2

Відносна частота факторів ризику розвитку остеопенії, які можна модифікувати, серед УЛНА на ЧАЕС та неопромінених осіб, Р±Δ%

Беручи до уваги, що поєднання факторів ризику має певний кумуляційний ефект (рівень доказовості А), здійснена оцінка відносної частоти їх комбінацій в УЛНА на ЧАЕС та контрольній групі (табл. 3): у перших ≥2 факторів виявляли у більшості випадків, у других — половина випадків також представлена поліфакторними ризиками. Це свідчить про однаковий якісний та кількісний склад нерадіаційних контрибуційних факторів ризику в обох групах.

Таблиця 3

Відносна частота комбінацій основних факторів ризику розвитку остеопенії серед УЛНА на ЧАЕС та неопромінених осіб, Р±Δ%

В УЛНА на ЧАЕС, які перенесли ГПХ (1-ша підгрупа), рівень PINP вірогідно перевищував такий у контрольній групі (табл. 4), що свідчить про накопичення колагену в екстрацелюлярному матриксі внаслідок впливу іонізуючого випроміненняу високих дозах. У реконвалесцентів ГПХ деякі денситометричні показники (ІМ, ШОУ, ШПУ), які відображають не тільки мінеральну щільність, але й кількість, розміри і просторову орієнтацію трабекулярної кісткової тканини, виявилися достовірно нижчими. Це свідчить про негативний вплив радіаційного чинника на обидві складові (органічну та неорганічну) позаклітинного простору кісткової тканини. Крім того, в 1-й підгрупі показники ОФІК та SCORE виявилися достовірно вищими, що підтверджує нашу гіпотезу про внесок у ризик розвитку фатальних серцево-судинних захворювань підвищеної швидкості обміну колагену за рахунок накопичення останнього в інтерстиціальному просторі міокарда.

Таблиця 4

Зміни показників кісткового ремоделювання, об’ємної фракції інтерстиціального колагену та ризику розвитку фатальних серцево-судинних захворювань в УЛНА на ЧАЕС з різними поглинутими дозами зовнішнього опромінення та у неопромінених осіб, M±m

При проведенні кореляційно-регресійного аналізу виявлено досить тісний прямий зв’язок між ПДЗО та ICTP (r=0,67; р<0,05) в УЛНА на ЧАЕС, які перенесли ГПХ (рис. 1). У 2-й підгрупі УЛНА на ЧАЕС також виявлено зв’язок ICTP з ПДЗО, але менш сильний (r=0,48; р<0,05), що знову підтверджує вплив іонізуючого випромінювання на процеси обміну колагену І типу (рис. 2).

Водночас не виявлено зв’язку між маркерами обміну колагену та ультразвуковими остеоденситометричними показниками, що свідчить про «пасивний» стан колагенової матриці щодо процесів мінералізації неорганічної складової кісткової тканини.

В УЛНА на ЧАЕС достовірно виражені порушення конфігурації та зміна розмірів ЛШ (табл. 5) переважно за рахунок товщини стінок (ТМШП, ТЗСЛШ) та лінійно-об’ємних розмірів його порожнини (КДР, КСР, КДО, КСО) на фоні більш високих показників САТ та індексу внутрішньоміокардіального напруження (ІВМН).

Таблиця 5

Зміни ехокардіографічних структурних та гемодинамічних показників в УЛНА на ЧАЕС з різними ПДЗО та у неопромінених осіб, M±m

Рівень PINP у когорті УЛНА на ЧАЕС, які перенесли ГПХ, прямо пов’язаний з ВТСЛШ (r=0,44; p=0,016), ВТЗСЛШ (r=0,45; p=0,015) та ВТМШП (r=0,44; p=0,018). У неопромінених осіб рівень ICTP зворотно пов’язаний з ТМШП (r=–0,44; p=0,033) та ВТМШП (r=–0,41; p=0,049). В УЛНА на ЧАЕС, які перенесли ГПХ, підвищення колагеноутворення призводить до порушення конфігурації ЛШ за рахунок потовщення стінок, а у неопромінених осіб гіпертрофічні процеси пов’язані з пригніченням процесів деградації колагену І типу.

Для оцінки значущості порушень колагенового обміну в змінах геометрії ЛШ та його функціонального стану в УЛНА на ЧАЕС було здійснено множинний регресійний аналіз методом покрокового виключення із статистичної моделі незначущих факторів. Залежною перемінною була вибрана концентрація показників синтезу та деградації колагену І типу. Як незалежні перемінні до складу регресійної моделі включалися показники структурно-функціонального стану ЛШ та системної гемодинаміки, які були визначені на основі попереднього кореляційного аналізу. Таким чином, було отримано вірогідну регресійну модель (R2=0,5), в якій незалежний внесок у прогнозування рівня PINP виявляла величина ПДЗО (beta=0,16; p=0,043). Множинний регресійний аналіз, який також проведено у підгрупах з різними ПДЗО, підтвердив прогностичну цінність показника ПДЗО для ICTP (в УЛНА на ЧАЕС з ГПХ — R2=0,66, beta=0,65; p=0,000001; в УЛНА на ЧАЕС без ГПХ — R2=0,81, beta=0,35; p=0,0058), що доводить внесок радіобіологічного впливу на обмін колагену І типу.

Крім того, у групі пацієнтів з концентричною гіпертрофією ЛШ виявлено асоціацію зниження деяких показників УЗ-остеоденситометрії (ШПУ, ІМ) з підвищенням відносної ТЗСЛШ (рис. 3 і 4). Це свідчить про те, що в УЛНА на ЧАЕС зниження МЩКТ може супроводжуватися або поєднуватися з концентричним варіантом перебудови міокарда.

Таким чином, можна зазначити, що порушення процесів синтезу та деградації колагену І типу під впливом іонізуючого випромінювання призводить до певних змін в органічному матриксі кісткової тканини та інтерстиціальному просторі міокарда. Реалізація цієї дози–ефекту більш виражена в серцево-судинній системі, але водночас також асоційована зі змінами у кістковій тканині.

ВИСНОВКИ

1. В УЛНА на ЧАЕС, які перенесли ГПХ, рівень PINP вірогідно перевищує такий у пацієнтів контрольної групи, а ультраденситометричні показники (ІМ, ШПУ, ШОУ) істотно знизуються, що свідчить про негативний вплив радіаційного чинника на органічну та неорганічну складові позаклітинного простору кісткової тканини.

2. ОФІК та ризик розвитку фатальних серцево-судинних захворювань в УЛНА з високими поглинутими дозами зовнішнього опромінення (1,0–7,1 Гр) суттєво збільшуються, що пояснює зв’язок між фібропластичними процесами та ризиком виникнення патології системи кровообігу.

3. Вплив іонізуючого випромінювання на процеси обміну колагену І типу підтверджується наявністю тісного кореляційного зв’язку між ПДЗО і рівнем ICTP.

4. В УЛНА на ЧАЕС зниження МЩКТ може бути асоційоване з концентричним варіантом перебудови міокарда і потребує доповнення алгоритму обстеження цієї групи пацієнтів остеоденситометрією, ехокардіографією та оцінкою індивідуального ризику розвитку фатальних серцево-судинних захворювань.

ЛІТЕРАТУРА

• Комитет экспертов Всероссийского научного общества кардиологов (ВНОК) (2004) Диагностика и коррекция нарушений липидного обмена с целью профилактики и лечения атеросклероза. Российские рекомендации. Кардиоваскулярная терапия и профилактика, 2 (приложение), 35 с.
• Ковалева О.Н., Колосов Е.В., Белая Н.В., Болокадзе Е.А. (2006) Система матриксной металлопротеиназы-1 и формирование ремоделирования левого желудочка при гипертонической болезни. Серце і судини, 2: 60–65.
• Маличенко С.Б., Колосова И.Р., Варежкина И.А. (2004) Первичный остеопороз: взаимосвязь патологии костной и сердечно-сосудистой системы у пожилых. Consilium medicum, 12(6): 1032–1043.
• Насонов Е.Л. (2002) Остеопороз и заболевания сердечно-сосудистой системы. Кардиология, 3: 80–82.
• Тронько М.Д. (ред.) (2007) Стандарти діагностики та лікування ендокринних захворювань. Серія «Бібліотека «Здоров’я України». Доктор-Медіа, Київ, 352 с.
• Хозяинова Н.Ю., Брук Т.В., Ковалев А.И., Борсуков А.В. (2007) Взаимосвязь показателей структурно-геометрического ремоделирования сердца и минеральной плотности костной ткани при гипертонической болезни. Рос. кардиол. журн., 2: 57–60.
• Alfven T., Elinder C.G., Carlsson M.D. et al. (2000) Low-level cadmium exposure and osteoporosis. J. Bone Miner. Res., 15(8): 1579–1586.
• Consensus development conference: diagnosis, prophylaxis, and treatment of osteoporosis (1993) Am. J. Med., 94(6): 646–650.
• Darchuk L.A., Zaverbna L.V., Bebeshko V.G. et al. (2008) Infrared investigation of hard human teeth tissues exposed to various doses of ionizing radiation from the 1986 Chernobyl accident. J. Spectroscopy, 22(2–3): 105–111.
• Ganau A., Devereux R.B., Roman M.J. at al. (1992) Patterns of left ventricular hypertrophy and geometric remodeling in essential hypertension. J. Am. Coll. Cardiol., 19(7): 1550–1558.
• Johnell O., Hertzman P. (2006) What evidence is there for the prevention and screening of osteoporosis? Copenhagen, WHO Regional Office for Europe (Health Evidence Network report; http://www.euro.who.int/document/e88668.pdf).
• National Institutes of Health (1998) Clinical Guidelines on the Identification, Evaluation, and Treatment of Overweight and Obesity in Adults — The Evidence Report. National Institutes of Health. Obes. Res., 6(Suppl. 2): 51S–209S.
• Sambrook P.N., Chen C.J., March L. et al. (2006) High bone turnover is an independent predictor of mortality in the frail elderly. J. Bone Miner. Res., 21(4): 549–555.
• Schiller N.B., Shah P.M., Crawford M. et al. (1989) Recommendations for quantitation of the left ventricle by two-dimensional echocardiography. American Society of Echocardiography Committee on Standards, Subcommittee on Quantitation of Two-Dimensional Echocardiograms. J. Am. Soc. Echocardiogr., 2(5): 358–367.
• Seibel M.J. (2006a) Biochemical markers of bone turnover: part I: biochemistry and variability. Clin. Biochem. Rev., 26(4): 97–122.
• Seibel M.J. (2006b) Biochemical Markers of Bone Turnover Part II: Clinical Applications in the Management of Osteoporosis. Clin. Biochem. Rev., 27(3): 123–138.
• Shirani J., Pick R., Guo Y., Silver M.A. (1992) Usefulness of the electrocardiogram and echocardiogram in predicting the amount of interstitial myocardial collagen in endomyocardial biopsy specimens of patients with chronic heart failure. Am. J. Cardiol., 69(17): 1502–1503.
• Sundstrom J., Vasan R.S. (2006) Circulating biomarkers of extracellular matrix remodeling and risk of atherosclerotic events. Curr. Opin. Lipidol., 17(1): 45–53.
• Vozianov A., Bebeshko V., Bazyka D. (Eds.) (2003) Health effects of Chornobyl accident: Monograph in 4 parts. DIA, Kiyv, 512 p.