Введение

Поиск новых предикторов развития сердечно-сосудистых осложнений (ССО) на протяжении последних 10-летий остается одним из самых важных направлений кардиологии. Данная проблема особенно актуальна для лиц, относящихся к категории низкого или умеренного сердечно-сосудистого риска, если стратифицировать этот риск по традиционным шкалам. В научной литературе активно обсуждается возможная роль таких причин или маркеров раннего развития атеросклероза, как психосоциальные факторы, прежде всего депрессия и тревога, хроническое вялотекущее воспаление, гиперурикемия и многие другие. Еще одним важным «игроком» на этом поле стала микробиота, изменения в составе которой, по данным ряда наблюдений, могут модифицировать не только развитие атеросклероза, но и определять реакцию организма на стресс [1, 2].

К основным маркерам метаболической активности микробиоты, оказывающим влияние на сердечно-сосудистую систему, относятся триметиламин (ТМА), триметиламин-N-оксид (ТМАО), короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), а также молекулярный водород (H₂), большое количество которого образуется при ферментации пищевых волокон некоторыми родами бактерий. В работах in vitro показано, что к водород-генерирующим бактериям относятся бактерии родов Roseburia [3], Ruminococcus [4], видов Blautia coccoides, Clostridium leptum, Escherihia coli, Bacteroides fragilis [5]. In vivo подтверждена водород-образующая способность у бактерий из семейств Lachnospiraceae, Ruminococcaceae; Eubacteriaceae класса Clostridia [6, 7]; класса Bacteroidia [8]; семейства Enterobacteriaceae класса γ-proteobacteria [9]. Известно, что H₂ обладает мощным антиоксидантным действием. Экспериментальные данные подтверждают его антиатеросклеротические [10, 11], кардиопротективные [12] и антистрессорные свойства [13]. Еще одним газом, генерируемым только кишечной микробиотой с использованием водорода, является метан (CH₄). Несколько видов метаногенных микроорганизмов микробиоты, относящихся к семейству Euryarchaeota домена Archaea [14—16] способны образовывать метан. Наибольшее функциональное значение при этом придают Methanobrevibacter Smithii [14—16]. Образование метана метаногенами происходит с обязательным использованием водорода, тогда как в качестве источников углерода могут участвовать углекислый газ (CO₂), метанол или ТМА. Согласно реакции (CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O) для синтеза 1 молекулы метана необходимы 4 молекулы водорода. Согласно представлениям K. Gottlieb и соавт. (2016), образование водорода является термодинамически равновесным процессом, который определяется скоростью образования водорода гидрогенами и скоростью утилизации водорода другими типами микроорганизмов (гидрогенотрофами) [15]. Предположительно, подавление образования метаногенных архей может способствовать увеличению образования водорода в просвете кишечника, подавлять реакции оксидативного стресса в организме, тем самым обеспечивая дополнительные фармакотерапевтические эффекты.

Несмотря на то что количество H₂ в выдыхаемом воздухе значительно ниже образованного в просвете кишечника, доказана тесная корреляция между H₂, образуемым в кишечнике и измеренным в выдыхаемом воздухе [17, 18]. Измерение концентрации H₂ и CH₄, а также их соотношения (H₂/CH₄) в выдыхаемом воздухе (дыхательный тест) широко используется для оценки ферментативной активности микробиоты.

Цель исследования — выявление возможных взаимосвязей между ферментативной активностью микробиоты, с одной стороны, и показателями гемодинамики, артериальной жесткостью и аффективными расстройствами, с другой, у пациентов низкого и умеренного риска ССО.

Материал и методы

В исследование были включены 22 больных низкого и умеренного риска ССО (0—4% по шкале SCORE), обратившихся в консультативно-диагностическое отделение ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России. Критериями невключения в исследование были: кардиомиопатии, клапанная патология сердца, клинически значимые нарушения ритма и проводимости сердца, эндокринные заболевания, хроническая почечная и печеночная недостаточность, онкологические и гематологические заболевания, коллагенозы, морбидное ожирение (ИМТ>40 кг/м²), бронхолегочные заболевания (в стадии обострения), острые респираторные заболевания в течение 1 предшествующего месяца, беременность и период лактации, прием психотропных препаратов в течение 3 предшествующих месяцев, наличие в анамнезе воспалительных заболеваний кишечника, оперативное лечение, антибактериальная и противовоспалительная терапия в течение 3 предшествующих месяцев, отказ от участия в исследовании. Средний возраст пациентов был 46,5±6,0 лет, 30% из них мужчины. Артериальной гипертензией (АГ) I—II степени страдали 5 человек.

Клинико-демографическая характеристика пациентов представлена в табл. 1.

Таблица 1. Клинико-демографическая характеристика больных, включенных в исследование

Примечание. Здесь и в табл. 3: ИМТ — индекс массы тела; САД — систолическое артериальное давление; ДАД — диастолическое артериальное давление; ЧСС — частота сердечных сокращений; СРБвч — высокочувствительный С-реактивный белок; ОХС — общий холестерин; ТГ — триглицериды; ХС ЛНП — холестерин липопротеидов низкой плотности; ХС ЛВП — холестерин липопротеидов высокой плотности; АЛТ — аланинаминотрансфераза; АСТ — аспартатаминотрансфераза; иАПФ — ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента; АРА — антагонисты рецепторов ангиотензина.

Пациентам проводилось стандартное клиническое инструментальное обследование: осмотр, сбор жалоб и анамнеза, определение антропометрических показателей, включая индекс массы тела (ИМТ, измерение офисного артериального давления (АД) и частоты сердечных сокращений (ЧСС), биохимический анализ крови с определением креатинина, мочевой кислоты, глюкозы, липидного профиля, аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), уровня высокочувствительного C-реактивного белка (СРБвч). Жесткость магистральных артерий определялась методом объемной сфигмографии на приборе VaseraVS 1500 (Fukuda Denshi, Япония). CAVI (cardio-ankle vascular index — кардио-лодыжечный сосудистый индекс) вычислялся автоматически по формуле:

CAVI=1/k2 (lnСАД/ДАД)×СПВ2,

где СПВ — скорость пульсовой волны; ДАД — диастолическое артериальное давление. Больные проходили анкетирование с целью оценки уровня тревоги и депрессии с использованием Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS) [19]. Шкала создана для применения врачами общей практики для скрининга аффективных расстройств и состоит из двух подшкал: тревоги и депрессии. Результаты оцениваются следующим образом: 0—7 баллов по каждой из подшкал соответствует норме (отсутствие достоверно выраженных симптомов тревоги и депрессии), 8—10 баллов — «субклинически выраженная тревога/депрессия», 11 баллов и выше — «клинически выраженная тревога/депрессия».

У всех испытуемых проводили водородно-метановый дыхательный тест с целью оценки ферментативной активности микробиоты кишечника. В качестве нагрузки, в соответствии с Европейскими и Российскими рекомендациями, использовали 10 гр лактулозы [20, 21], растворенной в стакане воды. Тесты проводили в утреннее время натощак. После получения исходной пробы выдыхаемого воздуха испытуемый выпивал стакан воды с лактулозой, после чего каждые 20 мин в течение 3 ч производили заборы воздуха.

Пробы воздуха забирали в алюминированные пакеты (производитель фирма Guangzhou Itingbaby Tech Co., Китай), из которых воздух анализировали на содержание водорода (H₂), метана (CH₄) и кислорода (O₂) на газоанализаторе (Gastro4check фирмы Bedfont, UK) не позже, чем через 7 дней после проведения дыхательного теста и забора образцов выдыхаемого воздуха.

Статистический анализ проводился с помощью пакетов статистических программ Statistica 10 и SPSS 20. Непрерывные переменные, распределение которых было близко к нормальному, представлялись как среднее (M) ± стандартное отклонение (σ), при отличии распределения переменной от нормального распределения приводились медиана и 95% доверительный интервал — Me (–95% ДИ; 95% ДИ), максимальное и минимальное значения. Для проверки гипотез о средних в двух группах применялся t-критерий Стьюдента или его непараметрический аналог — критерий Манна–Уитни. Зависимость признаков в таблице сопряженности 2×2 исследовалась с помощью критерия Пирсона. Для анализа корреляции использовался метод Спирмена. Независимый характер связи изученных показателей оценивался в регрессионной модели с использованием многофакторного пошагового анализа. Уровень значимости для проверки гипотез принимался равным 0,05.

Результаты

Данные, полученные при газовом анализе выдыхаемого воздуха, представлены в табл. 2.

Таблица 2. Данные, полученные при газовом анализе выдыхаемого воздуха при водородно-метановом дыхательном тесте с лактулозой

AUC H₂ и AUC CH₄ отрицательно коррелировали друг с другом (r=–0,425; p=0,049).

У 7 пациентов, включенных в наше исследование, преобладает CH₄-продуцирующая микрофлора, у 15 — H₂ —продуцирующая (рис. 1).

Рис. 1. Доли пациентов с преобладанием CH₄ («CH₄-продуцентов») и H₂ («H₂-продуцентов») в выдыхаемом воздухе.

Зависимость клинических характеристик пациентов от газового состава выдыхаемого воздуха

«CH₄-продуценты» и «H₂-продуценты» не отличались по возрасту, полу, ИМТ, психологическому статусу, показателям биохимического анализа крови, артериальной жесткости (табл. 3). Однако у «H₂-продуцентов» был выше уровень офисного САД (p=0,008) (рис. 2). Среди «CH₄-продуцентов» больных АГ не было, среди «Н₂-продуцентов» доля больных АГ была 33,3% (χ² Пирсона 3,02; p=0,08).

Таблица 3. Клинико-демографические характеристики «CH₄-продуцентов» и «H₂-продуцентов»

Примечание. М — мужчины; Ж — женщины; Н/д — нет данных.

Рис. 2. САД у «CH₄-продуцентов» (1) и «H₂-продуцентов» (0).

Таблица 4. Параметры, детерминирующие уровень тревоги (данные многофакторного регрессионного анализа)

Нами была выявлена отрицательная корреляция между САД и уровнем CH₄ (r=–0,530; p=0,008) (рис. 3). Причем по данным многофакторного регрессионного анализа AUC CH₄ показал себя независимым от возраста предиктором повышения САД (β=–0,49; p=0,03).

Рис. 3. Корреляция САД и CH₄ в выдыхаемом воздухе у больных низкого и умеренного риска ССО.

Кроме того, уровень AUC CH₄ отрицательно коррелировал с уровнем АСТ (r=–0,53; p=0,01).

Психологический статус пациентов

Среди включенных в исследования пациентов критериям субклинической депрессии (Д) по шкале HADS соответствовали 31,8%, субклинической тревоги (А) — 36,3%. Уровень А составлял 6,61±4,1 баллов, уровень Д — 5,17±2,45 баллов.

Была выявлена отрицательная корреляция между уровнем тревоги, с одной стороны, и H₂ в выдыхаемом воздухе (r=–0,44; p=0,05) и соотношением H₂/CH₄ (r=–0,53; p=0,02) — с другой (рис. 4).

Рис. 4. Корреляция AUC H₂/CH₄ и уровня тревоги по шкале HADS у больных низкого и умеренного риска ССО.

Уровень H₂ по данным многофакторного регрессионного анализа показал себя независимым от возраста, уровня САД, ДАД, ЧСС, отрицательный предиктор тревоги.

Артериальная жесткость

Выявлена отрицательная корреляция между показателем артериальной жесткости CAVI и количеством выдыхаемого H₂ (r=–0,41; p=0,049) (рис. 5).

Рис. 5. Корреляция AUC H₂ и артериальной жесткости у больных низкого и умеренного риска ССО.

Однако AUC H₂ не был независимым предиктором CAVI у наших пациентов и терял прогностическую значимость при введении в модель показателей возраста и АД.

Таким образом, низкий уровень H₂ у наших больных ассоциировался как с высоким уровнем тревожности, так и с повышением артериальной жесткости.

Обсуждение

Микробиота кишечника в настоящее время часто рассматривается как динамический эндокринный орган, который взаимодействует с организмом-хозяином посредством многочисленных медиаторов, вырабатываемых микробами [22]. CH₄ и H₂, с одной стороны, являются такими метаболитами, оказывающими, по всей видимости, прямое действие на некоторые органы и системы, а с другой — маркерами, позволяющими косвенно оценить состав микробиоты. Так, например, установлено, что артериальная жесткость отрицательно коррелирует с количеством бактерий из семейства Ruminococcaceae, относящихся к группе H₂-продуцирующих [23]. Кроме того, эти бактерии продуцируют КЦЖК. КЦЖК активируют специфические рецепторы Olfr78 (olfactory receptors), которые располагаются в почечных артериях, стенках мелких кровеносных сосудов, сердце, коже, скелетной и гладкой мускулатуре [24, 25]. Активация Olfr78 усиливает секрецию ренина и, таким образом, оказывает гипертензивное воздействие. Но те же КЦЖК также могут активировать рецепторы GPR41 и GPR43 (G-protein coupled receptors). Активация GPR41 и GPR43, напротив, оказывает сосудорасширяющее действие и снижает АД. Таким образом, КЦКЖ, а следовательно, и продуцирующие их бактерии, оказывают разнонаправленное действие на уровень АД. Но поскольку рецепторы GPR41 и GPR43 намного более чувствительны, то увеличение уровня КЦЖК в крови чаще вызывает гипотензивный эффект.

У наших пациентов мы обнаружили, что, вопреки ожиданию, уровень САД выше в группе «CH₄-продуцентов». Мало того, повышение концентрации CH₄ в выдыхаемом воздухе показало себя независимым отрицательным предиктором увеличения САД. Возможное объяснение — влияние микроорганизмов рода Archaea, которые продуцируют CH₄. Например, Methanomassiliicoccus luminyensis ассоциируются с меньшим риском атеросклероза. Эти бактерии ферментируют ТМА в кишечнике до метана, тем самым блокируют образованию ТМАО в печени, что оказывает протективный эффект [26]. Высокий уровень ТМАО плазмы ведет к окислительному стрессу, что, в свою очередь, приводит к подавлению активности эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS) и продукции оксида азота (NO) [27].

Что касается артериальной жесткости, то с ее повышением коррелировало низкое содержание H₂ в выдыхаемом воздухе. Об ассоциации ряда H₂-продуцирующих микроорганизмов с низкой артериальной жесткостью мы уже писали выше [23]. Клинические исследования показали преобладание снижения количества бактерий, продуцирующих H₂ и короткоцепочечные летучие жирные кислоты (КЦЖК) (Eubacterium, Roseburia, Ruminococcaceae spp.) у больных с установленным атеросклерозом по сравнению со здоровыми людьми [27]. Больные АГ и лица с «предгипертензией» отличаются от нормотензивных лиц обеднением видового состава микробиоты, со снижением, в частности, Bacteroidetes («H₂-продуцентов») и преобладанием бактерий Prevotella [28—30].

Возможно и прямое протективное действие H₂ на сосудистую стенку. Индекс CAVI отражает степень именно артериосклероза (раннего старения) сосудистой стенки. Влияние традиционных факторов риска атеросклероза на развитие артериосклероза удается выявить не всегда, что предполагает альтернативные патофизиологические механизмы последнего [31]. Интересно, что именно CAVI показал себя независимым предиктором ССО у больных низкого/умеренного риска по данным 10-летнего наблюдения в нашем собственном исследовании [32].

Большое количество исследований демонстрирует связь между таксономическим составом, биомаркерами кишечной микробиоты и функциями мозга, что определяется как «ось кишечник-мозг) [33, 34]. Особый интерес вызывают выявленные ассоциации между газовым составом выдыхаемого воздуха и эмоциональной сферой. У наших больных мы обнаружили достаточно тесную отрицательную корреляцию между уровнем тревоги и Н₂ и особенно соотношением H₂/CH₄ в выдыхаемом воздухе. В литературе мы встретили достаточно много упоминаний об ассоциации между эмоциональной сферой и составом микробиоты. Так, у л иц, у которых доминирующим типом в микробиоте были Bacteroides («H₂-продуценты»), был больше объем серого вещества в перифронтальной коре мозга — структурах, вовлеченных в сложную обработку информации, — и в гиппокампе — структуре, связанной с процессами обработки памяти, — чем у тех, у кого доминировали Prevotella. Уровни тревоги и раздражительности в группе с доминированием Bacteroides были ниже [33, 34]. Результаты группы китайских авторов косвенно подтверждают полученные нами результаты. Они обнаружили более частые проявления депрессии и тревожности у 198 пожилых испытуемых (старше 60 лет) с более выраженными проявлениями функциональных запоров [35]. Хорошо известна высокая степень корреляции между возникновением запоров и активностью метаногенных архей, проявляющейся более высоким содержанием метана в выдыхаемом воздухе [36]. Сравнение полученных результатов позволяет нам предположить, что повышение уровня метана в выдыхаемом воздухе (средний возраст наших испытуемых — 46 лет) может быть более ранним критерием развития депрессии и тревожности, чем развитие функциональных запоров в более пожилом возрасте. Природа этой связи пока непонятна. Является ли она причинно-следственной, влияют ли некие бактериальные метаболиты на аффективные реакции или, напротив, аффективные расстройства влияют на состав микробиоты через особенности пищевого поведения? Возможно, имеются некие, пока нам неизвестные, общие звенья патогенеза как аффективных расстройств, так и нарушения состава микробиоты. Все эти вопросы пока только ждут решения.

Заключение

Результаты проведенного исследования позволяют рекомендовать проведение водородно-метанового дыхательного теста с целью более точной оценки риска развития ССО и персонифицированного подхода к их профилактике.

Ограничением исследования является малое количество наблюдений, что не позволяет сделать однозначных выводов. Необходимо дальнейшее изучение с включением большего количества больных с разным уровнем сердечно-сосудистого риска.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.