Метаболический стресс и стресс-лимитирующие механизмы при бронхиальной астме, сочетанной с сахарным диабетом 2-го типа

Введение

В патогенезе бронхиальной астмы (БА) метаболические нарушения играют важную роль. Доказанным является формирование системного оксидативного стресса при БА как следствия активации клеток, генерирующих биологически активные вещества  — кислородозависимые свободные радикалы (супероксидрадикал, гидроксильный радикал). Основным фактором, ограничивающим накопление и патологическое воздействие свободных радикалов, является антиоксидантная система (АОС), включающая ферменты супероксиддисмутазу (СОД), каталазу, и глутатионпероксидазу, которая у больных БА имеет сниженную активность [1]. Частым коморбидным состоянием, которое может быть генетически предопределенным у пациентов с БА из-за более частого наличия G-аллеля полиморфизма лептина, является сахарный диабет (СД) 2-го типа [2]. Оксидативный стресс при СД 2-го типа усугубляет процессы ферментативного аутоокислительного гликозилирования, которые при сочетании болезни с БА могут служить причиной более тяжелого течения обоих заболеваний. Гликозилированный гемоглобин при СД повышает активность NO-синтаз, метаболизирующих оксид азота (NO), что провоцирует и усугубляет развитие васкулярных поражений [3], а активные нитрорадикалы способны поражать ткань поджелудочной железы, что может являться причиной появления СД или усугубить его тяжесть [4]. Снижающаяся концентрация NO способствует ухудшению вазодилятации эндотелия сосудов, то есть прогрессированию обоих заболеваний. Изучение показателей, характеризующих перекисное окисление липидов (ПОЛ) у больных БА, сочетанной с СД 2-го типа, связанного с ним состояние метаболизма оксида азота, и также механизмов, ограничивающих эти процессы, при сочетанном течении БА и СД 2-го типа может дать значительный посыл в разработке направлений лечения указанной коморбидности.

Цель исследования — изучение показателей перекисного окисления липидов и  антиоксидантной системы в крови и конденсате влаги выдохнутого воздуха у больных БА, сочетанной с СД 2-го типа, а также в крови этих больных  — суммарных метаболитов оксида азота.

Материалы и методы

Исследованию подлежали 215 пациентов со среднетяжёлым обострением персистирующей БА средней степени тяжести в возрасте (38,6±2,4) лет: 88 (40,9%) мужчин, 127 (59,1%) женщин. I группу (64 чел.) составили пациенты с БА, II группу (151 чел.) — пациенты с БА в ассоциации с СД 2 типа. Стаж заболевания БА у исследованных — 15,1±1,8 лет, длительность СД 2-го типа — 2,7±0,4 года. Диагноз БА и СД 2-го типа и объём проводимой терапии устанавливали в соответствии с клиническими рекомендациями. Исследование проведено в формате «случай-контроль». Критериями включения в исследование, кроме наличия указанных заболеваний, были согласие больного на обследование, выполнение рекомендованных диагностических процедур. Критериями исключения стали сочетание БА и хронической обструктивной болезни лёгких, пациенты с БА других степеней тяжести, курение, употребление алкоголя, сахарный диабет I типа, инсулинзависимый СД 2-го типа, беременность, злокачественные новообразования, туберкулез, другие хронические заболевания в стадии обострения, вирусные гепатиты, ВИЧ-инфицирование. Исследование проведено с соблюдением принципов Хельсинкской Декларации по этике. Все пациенты подписали информированное добровольное согласие на участие в исследовании.

У всех больных БА, наряду с проведением общепринятых клинических и инструментальных исследований, изучали в сыворотке крови показатели системы ПОЛ с определением малонового диальдегида (МДА), диеновых конъюгатов (ДК) [5] и АОС по активности каталазы и СОД [6], количество суммарных метаболитов оксида азота (NO_x) [7], а также в конденсате влаги выдохнутого воздуха (КВВВ) общую оксидантную (ООА) и антиоксидантную активность (ОАА). 

Для выработки нормативных показателей были обследованы 32 практических здоровых донора того же возраста и пола (контрольная группа). Статистические исследования проводились с использованием ППП «STATISTICA 10»: оценка нормальности распределения в выборках на основе анализа результатов вычисления критериев Колмогорова-Смирнова (K-S test) и Лиллиефорса (Lilliefors), вычислена M (медиана), m (величина доверительного интервала для медианы признака (М±m)), для определения достоверности различий между выборками данных использован U-критерий Манна-Уитни с поправкой Бонферрони, для установления возможных взаимозависимостей показателей  — критерий корреляции Спирмена. Для оценки взаимосвязи при сравнении трёх выборок (при отсутствии нормального распределения) использовался критерий Краскелла-Уоллиса и медианный тест.

Первоначально была проведена оценка полученных выборок показателей системы ПОЛ-АОЗ у больных БА в сыворотке крови и КВВВ на нормальность с использованием критериев Колмогорова-Смирнова (K-S test) и Лиллиефорса (Lilliefors). Расчёт ППП «STATISTICA 10» показал, что нормальность не установлена в большинстве случаев, так как d-статистика Колмогорова-Смирнова значима (p<0,05), как и вероятности Лиллиефорса (Lilliefors), и гипотеза о том, что соответствующее распределение нормально, должна быть отвергнута [8, с. 77–82][9]. В большей степени это относится к результатам группы БА в сочетании с СД 2-го типа (по показателю МДА K-S test d=0,12796, p<0,05; ДК K-S test d=0,11344, p<0,05; каталаза K-S test d=0,11353, p<0,05; СОД K-S test d=0,12602, p<0,05, при этом во всех случаях Lilliefors p<0,01) однако и в контрольной группе, и в группе БА по ряду показателей наблюдаются p<0,05. p<0,01. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости выбора непараметрических критериев для дальнейшей оценки показателей.

Результаты

Анализ полученных показателей (табл. 1) выявил у пациентов ІІ группы в сыворотке крови увеличение уровня МДА в 2,6 раза (p<0,05) по сравнению с контрольной группой и в 1,3 раза (p<0,05) по сравнению с показателем у больных I группы.

Уровень ДК у больных БА в сочетании с СД 2-го типа также превышал аналогичный у лиц контрольной группы в 2,0 раза (p<0,05) и у пациентов с БА без коморбидности с СД 2-го типа  — в 1,2 раза (p<0,05). Нарастание концентрации в крови продуктов липопероксидации сопровождалось у коморбидных больных повышением активности фермента АОС каталазы по сравнению с контрольной группой в 1,3 раза (p<0,05) и тенденцией к повышению активности СОД. Однако активность каталазы и СОД у больных с сочетанием БА и СД 2-го типа по сравнению с таковыми показателями у пациентов с БА без СД 2-го типа оказалась соответственно  в 1,2 и в 1,2 раза достоверно (p<0,05) ниже.

В КВВВ больных ІІ группы ООА была выше, чем у здоровых лиц, в 162 раза (p<0,001) и в 1,8 раза (p<0,05) выше, чем у больных І группы.

У больных с БА, сочетанной с СД 2-го типа, ОАА в КВВВ превышала контрольные значения в 1,6 раза (p<0,05) и была несколько (в 1,1 раза) выше, чем у пациентов с БА без коморбидности с СД 2-го типа. Поэтому коэффициент ООА/ОАА у больных ІІ группы был значительно выше аналогичного у здоровых лиц, в 1,9 раза (p<0,05) — чем у больных БА, что свидетельствовало о высокой активности локального оксидативного стресса в трахеобронхиальном дереве (ТБД) у пациентов с БА, сочетанной с СД 2-го типа. Таким образом, преобладание продуктов ПОЛ над активностью ферментов АОС в сыворотке крови у больных с БА, сочетанной с СД 2-го типа, наряду с высоким уровнем ООА в ТБД может быть охарактеризовано как системный оксидативный стресс с большей активностью у больных с БА, сочетанной с СД 2-го типа, чем при БА без СД 2-го типа. 

Количество суммарных метаболитов оксида азота NO_x у коморбидных пациентов оказалось выше, чем в контрольной группе, в 1,6 раза (р<0,05), но ниже, чем у больных с БА без коморбидности с СД 2-го типа, в 1,4 раза  (p<0,05) (табл. 3).

Для подтверждения значимости различий между результатами трёх групп независимо от вида их распределения был осуществлён ранговый анализ вариаций по Краскелу-Уоллису — обобщённый метод Манна-Уитни для сравнения трех групп и более и медианного теста, реализованных в ППП STATISTICA 10. По каждому показателю получен p<0,05 в обоих тестах, так, например, ранговый ДА Краскела-Уоллиса для показателя МДА H (2, N= 247) =185,8705, p =0,000, а медианный тест показал Хи-квадрат=130,2793, сс=2, p=0,000, для показателя ДК H (2, N= 247)=184,4607, p =0,000 и Хи-квадрат=139,0522, сс=2, p=0,000 и так далее, то есть мы принимаем гипотезу о различии в результатах трёх групп по каждому показателю. Для подтверждения статистической достоверности различий между группами проведено парное сравнение групп с использованием непараметрического теста Манна-Уитни, также выполненную в ППП STATISTICA 10, позволяющей проводить оценку для выборок численностью более 60 значений. Была применена поправка Бонферрони (α=0,01667) при оценке значения уровня достоверности. Сравнение проводилось в парах «Контрольная группа и БА», «Контрольная группа и БА в сочетании с СД 2-го типа» и «БА и БА в сочетании с СД 2-го типа». По всем показателям получены результаты p<0,05 (например, по показателю МДА в паре «Контрольная группа и БА» U=12,500, Z=-7,85762, p=0,00000; в паре «Контрольная группа и БА в сочетании с СД 2-го типа» U=28,50, Z=-8,0841, p=0,00000; в паре «БА и БА в сочетании с СД 2-го типа» U=10,000, Z=-11,5842, p=0,00001). Результаты попарного сравнения подтверждают предположение о существенных различиях между группами.

Дальнейшее исследование показало, что между концентрациями продуктов ПОЛ и NO_x в сыворотке крови исследованных больных выявились коррелятивные связи: у пациентов с БА между МДА и NOx позитивная слабая (r=+0,308,  p<0,05), а у больных с БА, сочетанной с СД 2-го типа, — несколько сильнее негативная (r=-0,437, p<0,05), между концентрациями ДК и NO_x в крови больных І группы (r=+0,328,  p<0,05) и ІІ группы (r=-0,419, p<0,05). При этом у больных І группы между величинами активности каталазы и СОД и концентрацией NO_x у больных БА выявлялись негативные корреляционные связи: (r=-0,527, p<0,05) и (r=-0,578, p<0,05), а у пациентов с БА, сочетанной с СД 2-го типа, корреляционная зависимость отсутствовала между СОД и NO_x и была слабой негативной между каталазой и NO_x (r=-0,304, p<0,05). Коэффициент ООА/ОАА позитивно коррелировал с показателями МДА и ДК у больных с БА, сочетанной с СД 2-го типа соответственно (r=-0,673, p<0,05) и (r=-0,781, p<0,05). Эта связь была слабее у пациентов с БА без СД 2-го типа: (r=-0,447, p<0,05) и (r=-0,562, p<0,05).

Обсуждение

Значительное повышение уровней МДА, ДК, показателей ОАА и коэффициента ООА/ОАА у больных БА, сочетанной с СД 2-го типа, по сравнению с больными БА указывало на наличие системного оксидативного стресса у коморбидных больных, который у них имел более выраженную интенсивность по сравнению с больными БА без СД 2-го типа. Величина и направленность корреляционных связей подтверждали негативное влияние сопутствующего СД 2-го типа на выраженность оксидативного стресса. При этом степень нарастания активности ферментов АОС оказалась недостаточной и в крови больных, и в ТБД. Недостаточная активность локальной АОС у пациентов с обострением БА может быть показателем её истощения на фоне длительного существования хронического воспаления в ТБД пациентов или угнетения её активности значительным количеством продуктов ПОЛ. Увеличение выраженности локального оксидативного стресса и недостаточность стресс-лимитирующих механизмов, таких как снижение активности ферментов АОС в крови больных и ТБД, сопровождается повреждением эпителия бронхов, повышением проницаемости биологических барьеров для токсинов, повышением адгезивных и агрегационных свойств клеток крови, что в свою очередь может вызвать  окклюзию микроциркуляторного русла, нарушение перфузионно-диффузионной способности лёгких и потенцировать фиброзные процессы в тканях бронхов и лёгких, которые усиливаются ферментативным аутоокислительным гликозилированием за счёт СД. Повышение количества NO_x в крови пациентов с БА указывает на наличие нитрозивного стресса, тесно связанного с активностью оксидативного стресса, что согласуется с данными, полученными в других исследованиях антиоксидантного и нитрозивного статуса у больных БА. Выявленные различия в полученных данных в крови больных могут быть связаны с разной степенью тяжести БА и тяжестью коморбидности, длительностью заболевания БА, объёмом терапии и уровнем контроля БА у пациентов [1]. Концентрация NO_x в крови больных БА, сочетанной с СД 2-го типа, выявилась сниженной по сравнению с пациентами с БА без СД 2-го типа. Уменьшение количества NO_x с одной стороны снижает активность нитрозивного стресса у больных БА, сочетанной с СД 2-го типа, — второй стрессовой составляющей метаболических нарушений, а с другой — может свидетельствовать об истощении синтеза NO как фактора позитивного воздействия на микрососуды, в том числе за счёт СД 2-го типа у больных БА и способствовать развитию осложнений у них, в частности, в виде ухудшения контроля БА и контроля уровня гликемии [10], развития микроангиопатий.

Заключение

У пациентов с БА, сочетанной с СД 2-го типа, имеют место глубокие метаболические нарушения в виде сочетания оксидативного стресса с повышением в крови концентрации продуктов перекисного окисления и в ТБД общей оксидантной активности, и нитрозивного стресса с увеличением количества суммарных метаболитов оксида азота в сыворотке крови, которые могут быть охарактеризованы как комплексный метаболический стресс. Обе составляющие метаболического стресса поддерживаются недостаточностью стресс-лимитирующих механизмов в виде низкой активности ферментов АОС в сыворотке крови: каталазы и супероксиддисмутазы, значительным снижением ОАА в ТБД, а также возможным истощением продукции оксида азота у больных с сочетанием БА и СД 2-го типа, что должно найти отражение в средствах коррекции метаболических нарушений у больных с указанной коморбидностью.

Дальнейшие исследования будут направлены на изучение особенностей состояния рН ТБД у пациентов с коморбидностью БА и СД 2-го типа.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.