Украинская баннерная сеть

Біфункціональна роль фактора некрозу пухлини a та розчинних рецепторів до фактора некрозу пухлини a у прогресуванні артеріальної гіпертензії

Т.В. Ащеулова, О.М. Ковальова

Харківський державний медичний університет

Ключові слова: артеріальна гіпертензія, прозапальні цитокіни, гіпертрофія міокарда лівого шлуночка, дисфункція серця

Патогенетична роль запалення у ініціації та прогресуванні серцево-судинної патології залишається предметом посиленої уваги науковців. Епідеміологічні дослідження виявили тісний взаємозв'язок між біохімічними маркерами системного запалення і наявністю та майбутнім ризиком розвитку серцево-судинних захворювань [1, 11].

Прозапальний цитокін – фактор некрозу пухлини a (ФНП-a) належить до біомаркерів запалення. Серед кардіальних ефектів виділяють здатність ФНП-a сприяти розвитку гіпертрофії міокарда, ремоделюванню екстрацелюлярного матрикса у відповідь на біомеханічний стрес [2, 20]. Зв'язування ФНП-a з відповідними рецепторами призводить до формування мультимолекулярного комплексу, який запускає подальший сигнальний каскад взаємодій. Виділяють два типи рецепторів на поверхні практично всіх ядерних клітин, завдяки чому вони можуть бути потенційними мішенями цього протеїну [7, 9, 13]. Оскільки рецептор ФНП-a 1-го типу (ФНП-Р1) є основним медіатором активності цитокіну, ми вирішили дослідити розчинну форму саме цього типу рецептора (рФНП-Р1). Розчинні форми рецепторів до ФНП-a, що утворюються шляхом відокремлення екстрацелюлярних фрагментів активних рецепторів ФНП-a від поверхні клітинної мембрани, є природними інгібіторами активності цитокіну [18, 19].

Безпосередньо в серці гемодинамічний стрес, спричинений підвищеним артеріальним тиском (АТ), вважається одним зі стимулів ендогенної продукції ФНП-a кардіоміоцитами та некардіоміоцитарними типами клітин [2, 5, 21]. У результаті проведених досліджень виникла гіпотеза щодо адаптивної або дизадаптивної ролі гіперпродукції цього стрес-активованого цитокіну в серцевому гомеостазі [4, 8, 14]. Проте достатніх підтверджень гіпотези на клінічному рівні у пацієнтів з артеріальною гіпертензією (АГ) у доступній літературі ми не знайшли.

Метою дослідження було вивчення рівня у плазмі крові фактора некрозу пухлини a та розчинної форми рецептора фактора некрозу пухлини a 1-го типу у взаємозв'язку з ехокардіографічними показниками маси й функції лівого шлуночка залежно від тривалості артеріальної гіпертензії та концентрації фактора некрозу пухлини a.

Матеріал і методи

Обстежено 76 пацієнтів з АГ, яким було проведено загальноклінічне та лабораторно-інструментальне обстеження. До групи контролю увійшли 22 практично здорові особи. Офісний АТ вимірювали в ранкові часи в положенні пацієнта сидячи у стані спокою тричі з інтервалом 2 хв. Аналізували середньоарифметичне значення систолічного (САТ) та діастолічного (ДАТ) АТ. Частоту скорочень серця (ЧСС) визначали відразу після другого вимірювання АТ. Діагноз, стадію та ступінь АГ встановлювали згідно з критеріями, рекомендованими Українським товариством кардіологів (2004) та Європейським товариством з артеріальної гіпертензії / Європейським товариством кардіологів (2003) [10].

Ультразвукове дослідження серця проводили на медичному автоматизованому діагностичному комплексі «Radmir» (модель «ТИ628А») в

М- і В-режимах за загальноприйнятою методикою з визначенням таких лінійних розмірів лівого шлуночка (ЛШ): кінцево-діастолічний (КДР) і кінцево-систолічний (КСР) розміри, товщина задньої стінки міокарда в діастолу (ТЗС), товщина міжшлуночкової перегородки в діастолу (ТМШП). Масу міокарда (ММ) ЛШ у нашому дослідженні обчислено за формулою Penn Convention:

ММ ЛШ=1,04Ч([КДР+ТЗС+ТМШП]3–КДР3)–13,6.

Оскільки величина ММ ЛШ значною мірою залежить від маси тіла та зросту, для більш точної її оцінки розраховували показник індексу ММ (ІММ) ЛШ як відношення ММ ЛШ до площі поверхні тіла. Значення ІММ ЛШ, що перевищувало 125 г/м2 у чоловіків та 110 г/м2 у жінок, вважалося ознакою гіпертрофії міокарда ЛШ [10]. Показник відносної товщини стінки (ВТС) ЛШ, як більш інформативний параметр, що характеризує геометричні зміни ЛШ, розраховували за формулою:

,

Якщо показник ВТС ЛШ перевищує 0,45, це свідчить про значне потовщення стінок ЛШ порівняно з розміром його порожнини.

На підставі визначених лінійних розмірів ЛШ розраховано показники об'єму ЛШ, які значною мірою характеризують стан систолічної функції: кінцево-діастолічний (КДО), кінцево-систолічний (КСО), ударний (УО) і хвилинний (ХО) об'єм, фракцію викиду (ФВ). Визначали індекси об'єм-них показників (КДО, КСО, УО) як відношення цих показників до площі поверхні тіла. Крім того, обчислювали серцевий індекс (СІ) як відношення ХО до площі поверхні тіла.

Визначення рівнів ФНП-a та рФНП-Р1 у плазмі крові пацієнтів проводили імуноферментним методом за допомогою наборів реагентів «ProCon TNFa» («Протеиновый контур», Росія), «sTNF-RI EASIA» («BioSource Europe S.A.», Бельгія).

У дослідження не включали пацієнтів із вторинною АГ, супутньою онкопатологією, гострими та хронічними запальними захворюваннями та цукровим діабетом.

Статистичну обробку отриманих даних проведено стандартними методами варіаційної статистики з використанням пакету статистичних програм «Statistica 6.0». Результати наведено у вигляді (M±m), де М – середнє значення показника, m – стандартна похибка. Достовірність розбіжностей між показниками визначали за допомогою двовибіркового t-критерію Стьюдента. Для дослідження взаємозв'язку між показниками проведено кореляційний аналіз з розрахунком парних коефіцієнтів кореляцій Пірсона (r) та коефіцієнтів кореляції Спірмена (rs).

Результати та їх обговорення

Вік обстежених пацієнтів з АГ становив (54,51±1,07) року, що суттєво не відрізнялося від аналогічного показника контрольної групи – (49,91±1,12) року. АГ тривала від одного місяця до 35 років, у середньому (9,64±0,93) року. У загальній групі пацієнтів з АГ середні значення АТ були такими: САТ – (175,63±2,59) мм рт. ст.; ДАТ – (105,87±1,35) мм рт. ст.; в осіб контрольної групи – відповідно (121,25±1,21) і (82,11±0,54) мм рт. ст. Рівні ФНП-a і рФНП-Р1 у плазмі крові пацієнтів з АГ були достовірно вищими, ніж у осіб контрольної групи: ФНП-a – відповідно (124,99±13,26) і (13,23±3,40) пкг/мл – (на 81,42 %, Р=0,003); рФНП-Р1 – відповідно (2,12±0,08) і (1,20±0,60) нг/мл (Р=0,031). Величина співвідношення ФНП-a/рФНП-Р1, що свід-чить про рівень імунозапальної активності, у загальній когорті пацієнтів з АГ значно перевищувала величину контрольної групи (відповідно 58,36±6,34 і 13,23±3,40).

Запропонована модель ролі ФНП-a у розвитку серцево-судинної патології передбачає або короткостроковий адаптивний, або довгостроковий дезадаптивний ефект цитокіну на структуру та функцію серця [3, 6]. Оскільки підвищення рівня АТ є однією з причин зростання синтезу ФНП-a, можна припустити, що тривалість АГ, ймовірно, свідчить про термін гіперцитокінемії. Тому пацієнтів було розділено на дві групи залежно від тривалості АГ (табл. 1).

Таблиця 1 Показники периферійної й центральної кардіогемодинаміки та рівень цитокінів залежно від тривалості артеріальної гіпертензії

Пацієнти достовірно відрізнялися за віком (Р=0,0004), середнім рівнем САТ (Р=0,002) та ДАТ (Р=0,05). Ці показники були тим вищими, чим більшим був період підвищення АТ. Аналіз ехокардіографічних показників стану ЛШ виявив, що у пацієнтів 2-ї групи при більш тривалому перебігу АГ лінійні розміри були більшими, а об'ємні – меншими за такі у пацієнтів з менш тривалим перебігом захворювання (Р>0,05 в усіх випадках). Вміст у плазмі ФНП-a та рФНП-Р1 у пацієнтів 2-ї групи незначно перебільшував вміст цитокінів у хворих 1-ї групи (відповідно Р=0,060 і Р=0,07). Показник співвідношення ФНП-a/рФНП-Р1 в обох групах перевищував такий у здорових осіб і практично не відрізнявся між групами, що свідчить про приблизно однаковий ступінь зростання імунозапальної активності у хворих з АГ.

Проведений кореляційний аналіз виявив позитивний зв'язок між ФНП-a та ІКСО: у 1-й групі – r=0,37 (р=0,021), у 2-й групі – r=0,38 (р=0,020), а також між ДАТ та рФНП-Р1 – r=0,34 (р=0,038).

Таким чином, відносно короткострокове підвищення АТ спричиняло зростання рівнів у плазмі ФНП-a та рФНП-Р1, що асоціювалося зі збільшенням ММ ЛШ при нормальних об'ємних показниках ЛШ, що можна розцінити як адаптивну відповідь. Довгострокове підвищення АТ призводило до подальшого зростання рівня цитокінів, лінійних ехокардіографічних показників ЛШ з тенденцією до декомпенсації серця, на що вказувало незначне зменшення УО, УІ, ХО та СІ. Середні значення ФВ при цьому в групах не відрізнялися.

Виявлена тенденція несприятливого впливу гіперпродукції ФНП-a на серцевий гомеостаз при більш тривалому перебігу АГ, на наш погляд, виглядає не достатньо переконливо. Це можна пояснити тим, що підвищення АТ – не єдиний фактор підвищеного синтезу цитокіну. Аналіз абсолютних показників рівня ФНП-a показав, що не в усіх пацієнтів з АГ спостерігали зростання його циркулюючого рівня – (50±8) % в 1-й групі, (58±8) % в 2-й групі. Тому в кожній групі було виділено підгрупи залежно від концентрації ФНП-a (табл. 2).

Таблиця 2 Показники периферійної й центральної кардіогемодинаміки та рівень цитокінів залежно від тривалості артеріальної гіпертензії та вмісту в плазмі ФНП-a

Пацієнти зазначених підгруп у межах групи достовірно не відрізнялися за віком, тривалістю АГ та показниками периферійної гемодинаміки (Р>0,05 в усіх випадках). За результатами аналізу показників центральної кардіогемодинаміки, у підгрупах з вищим вмістом у плазмі ФНП-a спостерігали зростання маси поряд зі зниженням функції міокарда ЛШ, що підтверджують отримані раніше експериментальні дані.

Ряд робіт було присвячено вивченню ефектів однократної болюсної інфузії патофізіологічних концентрацій ФНП-a на структуру та функцію серця у піддослідних тварин. Дані цих досліджень показали, що високий рівень ФНП-a може спричинити розвиток серцевої дисфункції, однак це стосувалося лише короткострокових ефектів цитокіну [12, 15]. Тому було запропоновано провести експерименти in vivo з метою вивчення ефектів тривалого введення патофізіологічних концентрацій ФНП-a на структуру та функцію серця у щурів. Головний висновок цього експериментального дослідження – довгострокової патофізіологічної концентрації циркулюючого ФНО-a достатньо для того, щоб викликати несприятливі зміни структури та функції ЛШ у щурів. Основною знахідкою щодо міокардіальної функції є те, що тривала інфузія ФНП-a призводила до виникнення залежної від часу дисфункції ЛШ, що було очевидно як на рівні інтактних шлуночків, так і на ізольованих серцевих міоцитах. Фракція скорочення ЛШ знижувалася на 15–20 % при відсутності значних змін рівня АТ та ЧСС. З цього можна зробити висновок, що ефекти ФНП-a не є вторинними до гемодинамічних перевантажень ЛШ. Негативний інотропний ефект цитокіну був повністю оборотний, про що свідчила нормалізація скоротливої функції ЛШ через 15 днів після припинення введення ФНП-a. Основною знахідкою щодо міокардіальної структури було те, що тривале введення ФНП-a спричиняло залежне від часу ремоделювання ЛШ, при цьому спостерігали збільшення дилатації ЛШ [16, 22].

Подібні результати отримані у нашому дослідженні. Короткостроковий вплив високої концентрації ФНП-a призводив до зростання ММ ЛШ, УО, УІ, ХО, СІ, що, ймовірно, має компенсаторний характер. У той же час, довгостроковий вплив викликав на фоні подальшого збільшення ММ ЛШ погіршення систолічної функції ЛШ (зниження УО і УІ у пацієнтів з високим вмістом ФНП-a та ХО і СІ в обох підгрупах порівняно з хворими з короткостроковою тривалістю АГ), що вже має декомпенсаторний характер.

З огляду на те, що біоактивність залежить від концентрації як самого цитокіну, так і від концентрації його природних циркулюючих антагоністів, ми проаналізували динаміку середнього значення рФНП-Р1. Встановлено, що у всіх підгрупах вміст рФНП-Р1 перевищував такий у здорових осіб.

Рівень рФНП-Р1 збільшувався, незважаючи на незначне зростання ФНП-a у пацієнтів з тривалістю АГ до 6 років. При високому середньому значенні ФНП-a вміст його розчинних рецепторів був ще вищим, що однак не зменшувало рівень імунозапальної активності цитокіну. Але оскільки у пацієнтів цієї підгрупи гіперпродукція цитокіну сприяла розвитку адаптаційної гіпертрофії міокарда, такі зміни співвідношення «ліганд/рецептор», ймовірно, мають компенсаторний характер.

При більш тривалому перебігу захворювання в осіб з низькою величиною ФНП-a спостерігали подальше зростання рФНП-Р1. Співвідношення ФНП-a/рФНП-Р1 практично не відрізнялося від такого у здорових осіб. У той же час підгрупа з максимальним вмістом ФНП-a характеризувалася і максимальним рівнем рФНП-Р1 та дезадаптивними змінами центральної кардіогемодинаміки.

У результаті кореляційного аналізу в пацієнтів 1-ї групи з тривалістю АГ до 6 років при низькому рівні ФНП-a встановлено позитивний зв'язок між вмістом ФНП-a та віком хворих (rs=0,43; р=0,05), САТ (rs=0,33; р=0,016), ДАТ (rs=0,35; р=0,035); при високому рівні ФНП-a – між концентрацією

рФНП-Р1 та ДАТ (r=0,59; р=0,008), ТЗС (r=0,65; р=0,003). У пацієнтів 2-ї групи з тривалістю АГ понад 6 років з низьким рівнем цитокіну виявлено взаємозв'язок між ФНП-a та САТ (r=0,40; р=0,009), ДАТ (r=0,41; р=0,008), ММ ЛШ (rs=0,45; р=0,05), ТМШП (rs=0,41; р=0,008), ТЗС (rs=0,71; р=0,001) та рФНП-Р1 (r=0,41; р=0,009). При високому рівні цитокіну в пацієнтів цієї групи встановлено наявність негативного кореляційного зв'язку між концентрацією ФНП-a та КСР (rs=-0,45; р=0,05), КСО (rs=-0,45; р=0,05), ІКСО (r=-0,47; р=0,04), а також між вмістом рФНП-Р1 та ФВ (rs=-0,40; р=0,009).

Отримані нами результати щодо зростання вмісту в плазмі рФНП-Р1 узгоджуються з даними попередніх досліджень [17, 18]. Різка відмінність вмісту рецепторів ФНП-a у хворих з високою концентрацією циркулюючого цитокіну може бути адаптивною відповіддю, яка ефективно нейтралізує біологічну активність ФНП-a. З одного боку, відокремлення екстрацелюлярних фрагментів знижує кількість активних рецепторів до ФНП-a на поверхні клітин-мішеней, з другого – розчинні рецептори зв'язуються з молекулою ФНП-a й тим самим запобігають її зв'язуванню з клітинними рецепторами [4, 9].

На противагу наведеним даним, деякі дослідники вважають, що рФНП-Р швидше посилює, ніж послабляє біологічну дію ФНП-a. Згідно з цією точкою зору, рФНП-Р діють як циркулюючий «буфер уповільненого викиду», тобто припускається, що рФНП-Р можуть діяти як біологічні резервуари ФНП-a, які стабілізують молекулу та уповільнюють викид цього цитокіну в кровообіг, чим, можливо, й пояснюється максимальне зростання рівня ФНП-a та рФНП-Р1 у пацієнтів з тривалим перебігом АГ.

Висновки

  1. У відповідь на гемодинамічне перевантаження тиском у пацієнтів з артеріальною гіпертензією підвищується секреція фактора некрозу пухлини a. Відзначено зростання його рівня на 81,42 % порівняно з таким у осіб контрольної групи, які мали нормальні рівні артеріального тиску.
  2. Короткостроковий вплив (від 1 міс до 6 років) високої концентрації фактора некрозу пухлини a ((209,87±28,83) пкг/мл) у плазмі крові сприяє розвитку адаптивної гіпертрофії міокарда, яка дозволяє підтримати адекватну скоротливу функцію при збільшеному навантаженні.
  3. Довгостроковий вплив (від 7 до 35 років) фактора некрозу пухлини a призводить до дезадаптивних процесів, більш виражених у пацієнтів з високим вмістом цитокіну ((235,53±16,12) пкг/мл).
  4. Тривалість продукції й рівень фактора некрозу пухлини a, вміст розчинних рецепторів фактора некрозу пухлини a 1-го типу та поєднання цих факторів можуть регулювати адаптивну та/або дезадаптивну відповідь на гемодинамічний стрес.
  5. Враховуючи результати дослідження, одним з перспективних напрямків подальшого наукового пошуку можна вважати визначення точного допустимого рівня в плазмі фактора некрозу пухлини a, перевищення якого потребує терапевтичної корекції.

Література

  1.  Azra M., Feely J. Arterial stiffness is related to systemic inflammation in essential hypertension // Hypertension. – 2005. – № 46. – P. 1118-1122.
  2. Bautista L.E., Veram L.M., Arenas I.A., Gamarra G. Independent association between inflammatory markers (C-reactive protein, interleukin-6, and TNF-a) and essential hypertension // J. Hum. Hypertension. – 2005. – № 19. – Р. 149-154.
  3. Blankenberg S., Yusuf S. The inflammatory hypothesis: any progress in risk stratification and therapeutic targets? // Circulation. – 2006. – № 114. – P. 1557-1560.
  4. Bozkurt B. Activation of cytokines as a mechanism of disease progression in heart failure // Ann. Rheum. Dis. – 2000. – Vol. 59. – P. 90-93.
  5. Chae C.U., Lee R.T., Rifai N., Ridker P.M. Blood pressure and inflammation in apparently healthy men // Hypertension. – 2001. – № 38. – P. 399-403.
  6. Condraas V.M., Bosmans J.M., Vrints C.J. Chronic heart failure: an example of a systemic chronic inflammatory disease resulting in cachexia // Int. J. Cardiology. – 2002. – Vol. 85. – P. 33-49.
  7. Deswal A., Petersen N.J., Feldman A.M. et al. Cytokines and cytokines receptors in advanced heart failure: an analysis of the cytokine database from the vesnarinone trial (VEST) // Circulation. – 2001. – № 103. –  P. 2055-2059.
  8. Dinarello C.A. Proinflammatory cytokines // Chest. – 2000. – № 118. – P. 503-508.
  9. Feldmann A.M., Combes A., Wagner D. et al. The role of tumor nesrosis factor in the pathophysiology of heart failure // J. Amer. Coll. Cardiology. – 2000. – № 35. – P. 537-544.
  10. Guidelines Committee. 2003 European Society of Hypertension – European Society of Cardiology guidelines for management of arterial hypertension // J. Hypertension. – 2003. – Vol. 21. – P. 1011-1053.
  11. Grander D.N., Vowinkel T., Petnehazy T. Modulation of the inflammatory response in cardiovascular disease // Hypertension. – 2004. – Vol. 43. – P. 924-931.
  12. Kassiri Z., Oudit G.Y., Sanchez O. et al. Combination of tumor necrosis factor-a ablation and matrix metalloproteinase inhibition prevents heart failure after pressure overload in tissue inhibitor of metalloproteinase-3 knock-out mice // Circ. Res. – 2005. – Vol. 97. – P. 380-390.
  13. Mann DL. Recent insights into the role of tumor necrosis factor in the failing heart // Heart Failure Reviews. – 2001. – № 6. – P. 71-80.
  14. Mann D.L. Inflammatory mediators and failing heart: past, present, and the foreseeable future // Circ. Res. – 2002. – Vol. 91, № 11. – P. 988-998.
  15. Mann D.L., Knueferman P., Baumgarten G. Cytokines in ischemic heart disease and heart failure // Dial. Cardiovasc. Med. – 2000. – Vol. 5, № 3. – P. 135-146.
  16. Mehra V.C., Ramgolam V.S., Bender J.R. Cytokines and cardiovascular disease // J. Leukoc. Biol. – 2005. – № 78. – P. 805-818.
  17. Niebauer J. Inflammatory mediators in heart failure // Int. J. Cardiology. – 2000. – № 72. – P. 209-213.
  18. Nowak J., Rozentryt P., Szewczyk M. et al. Tumor necrosis factor receptors sTNF-RI and sTNF-RII in advanced chronic heart failure // Pol. Arch. Med. Wewn. – 2002. – Vol. 107, № 3. – P. 223-229.
  19. Okuyama M., Yamaguchi O., Yamaoka M. et al. Nitric oxide enhances expression and shedding of tumor necrosis factor receptor 1 (p55) in endothelial cells // Arteriosclerosis. – 2000. – Vol. 20. – P. 1506-1511.
  20. Sack M.N., Smith R.M., Opie L.N. Tumor necrosis factor in myocardial hypertrophy and ischemia – an anti-apoptotic perspective // Cardiovasc. Res. – 2000. – Vol. 45. – P. 688-695.
  21. Tabet J.Y., Lopes M.E., Champagne S. et al. Inflammation, cytokines and anti-inflammatory therapies in heart failure // Arch. Mal. Coeur. – 2002. – № 95. – P. 204-212.
  22. Vasan R.S. Biomarkers of cardiovascular disease: molecular basis and practical considerations // Circulation. – 2006. – № 113. – P. 2335-2362. 

Надійшла 22.01.2007 р.

Bifunctional role of tumor necrosis factor-a and soluble tumor necrosis factor-a receptors in progression of arterial hypertension

T.V. Ashcheulova, O.M. Kovalyova

The aim of the study was to evaluate tumor necrosis factor-a (TNF-a) and soluble TNF-a receptor type 1 (sTNF-R1) plasma levels in relation to echocardiographic parameters of left ventricular mass and function depending on duration of arterial hypertension (AH) and cytokine concentration. 76 patients with AH and 22 healthy controls were examined. Cytokine levels were measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Left ventricular myocardial mass and function were examined by M- and B-mode echocardiography. The results of the study suggest that TNF-a production is elevated in response to hemodynamic overload in patients with AH. Short-term high TNF-a concentration induced adaptive myocardial hypertrophy allowing to support adequate contractile function in increased load. Long-term TNF-a promotes maladaptive processes, more significant in patients with high cytokine levels. Production duration and level of TNF-a, sTNF-R1 level and combination of these factors can regulate adaptive and/or maladaptive response to hemodynamic stress.