The effect of the level of total sodium deposited in the myocardium on its stiffness

Full Text

ГАГ — гликозаминогликаны ИБС — ишемическая болезнь сердца ЛЖ — левый желудочек МЖП — межжелудочковая перегородка ММ — масса миокарда ОТ — окружность талии ОШ — отношение шансов ПЖ — правый желудочек Открытия в области метаболизма натрия в организме человека относятся к числу важных событий в изучении нормальной физиологии. Так, вопреки устоявшемуся мнению, что задержка натрия всегда сопровождается адекватной ретенцией жидкости, установлено, что уровень общего натрия в организме может возрастать, но не приводить к развитию отеков. Более того, у практически здоровых людей, имеющих постоянный уровень употребления поваренной соли, периодически повышается уровень общего натрия, депонированного в организме, что не приводит к увеличению общего объема жидкости [1—5]. Таким образом, можно предполагать, что депонирование катионов натрия возможно без изменения осмотического давления плазмы крови. Современные исследования показали, что значительная часть натрия находится не в клеточном пространстве и сосудистом русле, а в связанном состоянии в отрицательно заряженных гликозаминогликанах (ГАГ), находящихся в интерстициальной ткани. По сути ГАГ — натриевый буфер, поддерживающий в первую очередь постоянство объема воды в организме и позволяющий избежать перегрузки объемом при избыточном введении натрия [6—8]. C учетом того, что в организме ГАГ содержатся повсеместно, можно обсуждать роль и прогностическое влияние количественного и качественного состояния ГАГ в органах-мишенях. Это позволит перейти от глобального — органного уровня оценки проблемы к более тонкому — тканевому, т. е. выйти на уровень структурного анализа. Очевидно, что изменение электростатического заряда ГАГ под воздействием присоединения катионов натрия к свободным анионным сульфатным и карбоксильным группам ГАГ при его депонировании должно привести опосредованно к изменению физических свойств ткани, в первую очередь ее жесткости. Цель исследования: определить взаимосвязь уровня общего натрия в миокарде с его жесткостью. Материалы и методы Структура исследования. Исследование проводилось на базе ГБУЗ г. Москвы «Бюро судебно-медицинской экспертизы Департамента здравоохранения города Москвы», танатологического отделения № 2. Критерии включения: возраст умерших от 18 до 60 лет; время начала посмертного исследования от момента смерти менее 24 ч; причина летального исхода — внезапная смерть или травма, не совместимая с жизнью, или суицид (кроме воздействия токсичных веществ); абдоминальное ожирение; гипертоническая болезнь I стадии (по данным амбулаторных карт); отсутствие визуальных морфологических и гистологических признаков ишемической болезни сердца (ИБС), сердечной недостаточности и другой сердечно-сосудистой патологии; отсутствие морфологических и гистологических признаков поражения почек; соответствие массы миокарда (ММ) размерам сердца. Критерии отказа от включения: признаки гнилостных изменений; ИБС как причина смерти; онкологические заболевания; передозировка токсичных веществ; морфологические и гистологические признаки ИБС (стеноза коронарных артерий более 25%, стеноз сонных артерий более 25% от просвета сосуда; рубцовые и свежие очаговые изменения миокарда), сердечной недостаточности (дилатация камер сердца; клапанные пороки), воспалительные заболевания миокарда, артериальная гипертония более II стадии или другая сердечно-сосудистая патология, острое нарушение мозгового кровообращения; посмертный уровень глюкозы в крови более 5,6 ммоль/л; морфологические и гистологические признаки поражения почек (сморщенная почка; признаки хронического алкоголизма). У всех умерших, соответствующих критериям включения, определяли окружность талии (ОТ), рост, ММ, в остаточной моче определяли отношение альбумин/креатинин и уровень кондуктивность/креатинин. Брали морфологический материал — миокард (зона верхушки), который фиксировался в 10% растворе забуференного формалина (pH 7,2). Характеристика пациентов. Среди 18 умерших, включенных в исследование пациентов, 10 мужчин и 8 женщин. В среднем возраст умерших составил 40±10 лет, средняя ОТ — 102±12,5 см, рост — 170±7,7 см, ММ — 319±53 г. Толщина стенки левого желудочка (ЛЖ) 1,44±37,58 см, правого желудочка (ПЖ) 0,47±0,19, межжелудочковой перегородки (МЖП) 1,55±0,37. При вскрытии у всех умерших отмечено в различной степени утолщение подкожной жировой клетчатки, отложение жира в брыжейке, сальнике и забрюшинном пространстве. В остаточной моче клинически значимая альбуминурия не определялась (<30 мг/г). Основными причинами смерти являлись падение с высоты (33,3%), железнодорожная травма (27,7%), внезапная асфиксия (27,7%). Другие причины внезапной смерти составили 11,3% (автомобильная травма, колотое ранение в сердце). Методы исследования. Абдоминальное ожирение определяли у трупа, находящегося в горизонтальном положении, путем измерения ОТ, располагая сантиметровую ленту посередине между краями реберной дуги и гребнями подвздошных костей. Абдоминальное ожирение констатировали при ОТ более 88 см у женщин и более 102 см у мужчин. Рост измеряли с помощью сантиметровой ленты. На поверхность стола клали сантиметровую ленту, при этом отметка «ноль» находилась у стопы без обуви. Измеряли расстояние от стопы до верхушки головы. ММ определяли методом взвешивания. Результат фиксировали на электронных весах. Жесткость миокарда определяли акустическим методом с помощью портативного прибора для акустического анализа тканей — акустическим медицинским диагностическим прибором (АМДП) [9, 10]. Он имеет два щупа, один из которых связан с генератором сдвиговых акустических колебаний (1,0—1,5 кГц), а другой — с приемником волн, возникающих в исследуемой ткани. Вычислительное устройство прибора сравнивает сигналы возбуждения и отклика и находит фазовый сдвиг между ними (Δφ). Время распространения сигнала по ткани определяется по соотношению t=Δφ/ω (ω — циклическая частота генерируемых колебаний). Затем вычисляется скорость распространения сдвиговых возмущений: V=L/t (где L — расстояние между щупами). Скорость отображается на цифровом индикаторе. Время, необходимое для получения одного замера, составляет 5—10 с. Перед началом измерений тестировали прибор по эталонному силиконовому образцу (изготовленному на ЗАО «МедСил»). Образцы ткани миокарда умерших сканировали в нескольких точках. Уровень кондуктивности мочи определяли с помощью портативного кондуктометра EC-3. Кондуктометрия — метод физико-химического анализа, основанный на измерении электропроводности растворов и позволяющий определять содержание индивидуального вещества (например, натрия) в растворе простым измерением электропроводности раствора. Достоинствами кондуктометрии являются высокая чувствительность (нижняя граница определяемых концентраций 10–4—10–5 М), высокая точность (относительная погрешность определения 0,1—2%), простота методики, доступность аппаратуры. Используемый прибор калиброван в заводских условиях и не требует калибровки после каждого измерения. Собранную у пациентов мочу перемешивали, погружали в нее электрод (нижнюю часть) кондуктометра. Измерения проводили в течение 30 с, затем фиксировали результат на дисплее прибора. После каждого измерения электрод промывали дистиллированной водой согласно инструкции. Результат оценивали по таблице соответствия (100 ммоль/л натрия соответствует 12,7 мсм/см кондуктивности мочи). Отношение альбумин/креатинин определяли при помощи тест-полосок Микроальбуфан. При получении положительного результата (>30 мг/г) образец исключали из исследования. Гипертоническую болезнь I стадии устанавливали по наличию соответствующей записи в амбулаторной карте. Определение уровня натрия в миокарде осуществляли с помощью волнодисперсионного рентгенофлюоресцентного спектрометра BRUKER S8 TIGER 1 kW. Данный прибор анализирует элементы от бериллия до урана в самых различных типах проб. Аутопсийные образцы, прошедшие акустическое исследование, предварительно измельчали и подвергали озалению (в соответствии требованиям к проведению спектрометри), после чего проводили волнодисперсную рентгенофлюоресцентную спектрометрию. Статистическая обработка. Для статистической обработки полученных данных использовали программное обеспечение Statistica 10.0. Нормальность распределения признаков определяли с помощью критерия Шапиро—Уилка и критерия Колмогорова—Смирнова. При изложении результатов пользовались методами непараметрической и параметрической статистики. Количественные показатели представлены в форме среднее значение (M) ± стандартное отклонение (S). Корреляционный анализ проводили с помощью метода Пирсона. С целью выявления связи факторов между собой использованы многомерная и однофакторная регрессионная модель. Для бинарных данных строили логит-регрессионную модель. Для изучения влияния одного или нескольких факторов на рассматриваемый признак применяли одно- и многофакторный дисперсионный анализ. При проверке статистических гипотез нулевую гипотезу отвергали при уровне значимости менее 0,05. Результаты Уровень общего натрия в миокарде составил в среднем 211,7±37,5 (от 71,5 до 226,17) ммоль/л. Представляло интерес изучить связь между содержанием общего натрия в миокарде и возрастом умершего, ММ и толщиной его стенок, факторами риска развития сердечно-сосудистых осложнений: толщиной подкожного жира, курением, жесткостью миокарда. При анализе взаимосвязи возраста и содержания общего натрия в миокарде (рис. 1) доказана положительная корреляция между изучаемыми параметрами. Полученные результаты позволяют предполагать увеличивающийся с возрастом уровень депонирования натрия в миокарде, даже у лиц без проявлений ИБС. Рис. 1.Взаимосвязьсодержанияобщегонатриявмиокардеивозраста. Проанализирована связь между ММ ЛЖ и содержанием общего натрия в миокарде (рис. 2). Корреляционный анализ показал высоко достоверную положительную корреляцию между ММ и содержанием в нем натрия: чем больше ММ, тем выше уровень натрия. Рис. 2.Взаимосвязь содержания общего натрия в миокарде и ММ. Регрессионный однофакторный анализ позволил определить зависимость содержания натрия в миокарде от ММ, ОТ, возраста и роста умерших. Установлено, что концентрация натрия в миокарде положительно связана с ММ (β=0,88; p=0,0001; r2=0,77) и возрастом умершего (β=0,79; p=0,000095; r2=0,6). При этом связи с такими переменными, как ОТ (β=0,42; p=0,075; r2=0,1) и рост умершего (β=0,22; p=0,37; r2=0), не выявлено. Толщина подкожной жировой клетчатки достоверно коррелировала с ОТ умершего (r=0,88; p=0,0001), однако связи с содержанием натрия в миокарде не найдено. Для оценки влияния всех изученных факторов (ММ, пол, возраст, курение) на концентрацию натрия в миокарде проведен комбинированный дисперсионный и регрессионный анализ. Установлено, что в наибольшей степени на уровень натрия влияли ММ (SS=3615,56; p=0,00029) и возраст умершего (SS=1965,568; p=0,0029), тогда как пол и курение — в значительно меньшей степени (SS=778,584; p=0,03). В целях изучения возможной связи между бинарными показателями (пол, статус курения) проведен логит-регрессионный анализ. Он показал отсутствие взаимосвязи уровня натрия в миокарде и пола (p=0,13; отношение шансов — ОШ 0,97), тогда как статус курения и содержание натрия в миокарде имели достоверную взаимосвязь (p=0,003; ОШ 0,94), однако ОШ менее 1, а вероятность взаимодействия составляла всего 77%, т. е. четкой взаимосвязи не получено. Анализ связи между содержанием натрия в миокарде и толщиной стенок камер сердца показал, что коэффициент корреляции с толщиной передней стенки ЛЖ составил r=0,94 (p<0,05), с толщиной передней стенки ПЖ r=0,82 (p<0,05); с толщиной МЖП r=0,94 (p<0,05). Регрессионный однофакторный анализ выявил взаимосвязь содержания уровня натрия в миокарде и толщины передней стенки ЛЖ (β=0,94; p=0,000001; r2=0,88), толщины передней стенки ПЖ (β=0,82; p=0,000021; r2=0,66), толщины МЖП (β=0,94; p=0,000001; r2=0,89). Установлено, что толщина стенок миокарда зависит от содержания в нем натрия (r2=0,88; SS=21813,89; p=0,000001): чем выше содержание натрия, тем толще его стенки. С целью выявления связи между жесткостью стенки миокарда и содержанием натрия в миокарде нами проведен корреляционный анализ (рис. 3). Средняя скорость распространения акустической волны составила 6,24±0,51 м/с. Рис. 3 иллюстрирует достоверную положительную корреляцию содержания натрия в миокарде и жесткости миокарда. Рис. 3. Взаимосвязь жесткости ткани миокарда и содержания натрия в миокарде. Для проверки зависимости между концентрацией натрия в миокарде и его жесткостью также проведен регрессионный анализ, при котором получена достоверная связь между концентрацией натрия в миокарде и его жесткостью (β=0,72; p=0,00062;r2=0,49). Обсуждение Типичный рацион жителя крупного города содержит примерно 12 г поваренной соли (NaCl), что соответствует примерно 4,5 г Na (200 ммоль). Эта и большие количества поваренной соли полностью всасываются в кишечнике и изменяют осмолярность плазмы уже через 30 мин [11]. Последующая последовательная активизация осморецепторов в гипоталамусе и барорецепторов в дуге аорты, каротидном синусе, афферентных артериях клубочков почек, приводят к контролируемому повышению экскреции натрия в клубочках и 99% его реабсорбции в канальцах. Механизм практически 100% реабсорбции натрия эволюционно закреплен, что позволяло ошибочно считать уровень общего натрия в организме постоянным. Известно, что примерно 65% общего натрия содержится во внеклеточной жидкости, до 10% — во внутриклеточном пространстве, 25% в форме апатитов в костях [12]. В последние 10 лет обнаружено, что значительное количество катионов натрия содержится в ГАГ [6, 7]. ГАГ (основное вещество в интерстициальной ткани) образуют класс протеогликанов (один из классов гликопротеидов), имеющих высокий уровень углеводов (85%). Многократно дублируясь, дисахариды образуют олиго- и полисахаридные цепи — гликаны. ГАГ содержат в большом количестве свободные анионные группы: SO3– и ОН–, что придает ГАГ высокий суммарный отрицательный заряд. Этот заряд позволяет ГАГ фиксировать на своей поверхности положительно заряженные коллагеновые волокна, белки и электролиты, в первую очередь из-за высокого содержания во внеклеточной жидкости катион Na+. Такой белково-электролитный конгломерат создает локальную зону высокого онкотического и осмотического давления [13, 14]. Доказано, что значительные количества натрия могут аккумулироваться в ГАГ (в интерстициальной ткани), не вызывая колебания уровня натрия в плазме и не увеличивая компенсаторно ретенцию воды из первичной мочи. Иными словами, при постоянной концентрации натрия в плазме крови уровень общего натрия в организме может существенно возрастать [15]. ГАГ, связывая натрий, сглаживают колебания уровня натрия в плазме крови и не позволяют катионам натрия стимулировать осморецепторы гипоталамуса, тем самым предотвращая синтез и высвобождение вазопрессина и следовательно ретенцию воды из первичной мочи. Количество ГАГ во многом определяется уровнем потребления натрия. Чем выше уровень вводимого извне натрия, тем — меньше остается свободных анионных групп и следовательно выше электростатический заряд ГАГ [16]; — больше экспрессия гена, кодирующего синтез ГАГ-полимеразы, повышающей содержание ГАГ, что в итоге повышает емкость ГАГ-сети для аккумулирования катионов натрия [4]. Чем выше заряд ГАГ, чем больше количество ГАГ в интерстициальной ткани, тем выше внутритканевое давление и тем больше количество жидкости, выходящей за просвет капилляров. Однако изменившие свой заряд ГАГ существенно снизили свою эластичность и податливость и тем самым препятствуют скоплению жидкости в тканях. Тем не менее некоторое количество жидкости попадает в интерстициальную ткань и еще больше повышает напряжение (жесткость) ткани, которое частично снижается за счет усиления лимфатического дренажа тканей. Помимо изменения гидрофильности тканей избыток депонированных катионов натрия запускает локальное воспаление, а активированные макрофаги начинают синтез белка Ton EBP [8], экспрессирующего ген, который кодирует синтез фактора роста эндотелия. Этот фактор стимулирует рост в том числе и лимфатических сосудов [17]. При длительной перегрузке вводимым извне натрием происходит повреждение макромолекул ГАГ, нарушаются их буферные свойства, в частности у сольчувствительных пациентов это приведет к росту уровня А.Д. Таким образом, избыточное и долговременное введение извне катионов натрия приводит к изменению структуры ГАГ, появлению большего количества активно функционирующих лимфатических сосудов, большей гидрофильности тканей, локальному воспалению — эти процессы должны изменить механические характеристики тканей. В настоящее время не изучена роль уровня натрия в миокарде в формировании нарушений его механических свойств. По-видимому, первым, обратившим внимание на связь уровня натрия с повреждением миокарда в условиях стресса, был Ганс Селье [18]. Он описал повреждение, отек и диффузные некрозы миокарда при избыточном введение NaCl. Современные исследования дополнили эти наблюдения принципиально новыми понятиями: повреждение миокарда начинается с накопления натрия в ГАГ, носит пролонгированный характер и сопровождается изменением состояния самой мышечной ткани. Целью работы нашей группы была попытка ответить на вопрос: «есть ли связь между количеством натрия в миокарде и его жесткостью». Как видно из представленных данных, теоретические предпосылки для этой связи имеются, однако практически такая связь не изучена и не измерена. Для изучения жесткости стенки миокарда нами использована методика, ранее применявшаяся для изучения жесткости сосудистой стенки у больных, скончавшихся от инфаркта миокарда [19]. При изучении проведения звуковой волны тканями миокарда нами получена связь между уровнем натрия в миокарде и проведением звуковой волны. Ограничения исследования. В исследовании не прослежена связь с индивидуальным уровнем потребления поваренной соли. Исследование выполнено на небольшом по количественным параметрам исходном материале. Заключение Главный вывод нашего исследования: уровень депонированного натрия в миокарде, имеющий прямую связь с уровнем потребления поваренной соли, имеет достоверную связь с жесткостью миокарда. Можно предполагать, что высокий уровень натрия, депонированного в миокарде, является самостоятельным фактором, изменяющим жесткость миокарда и, по-видимому, влияющим на формирование диастолической дисфункции миокарда. Конфликт интересов отсутствует.

About the authors

G. P. Arutyunov

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России

Author for correspondence.
Email: or@hpmp.ru
Москва, Россия

D. O. Dragunov

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России

Email: or@hpmp.ru
Москва, Россия

A. G. Arutyunov

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России

Email: or@hpmp.ru
Москва, Россия

A. V. Sokolova

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России

Email: or@hpmp.ru
Москва, Россия

I. P. Papyshev

Бюро судебно-медицинской экспертизы Департамента здравоохранения Москвы

Email: or@hpmp.ru
Москва, Россия

E. M. Kildyushov

Бюро судебно-медицинской экспертизы Департамента здравоохранения Москвы

Email: or@hpmp.ru
Москва, Россия

V. V. Negrebetsky

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России

Email: or@hpmp.ru
Москва, Россия

V. N. Fedorova

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России

Email: or@hpmp.ru
Москва, Россия

References

Supplementary files