По данным многочисленных исследований [8, 14], сахарный диабет (СД) в настоящее время носит характер эпидемии. Метаболические и гемодинамические нарушения, происходящие при СД 2-го типа, ускоряют развитие атеросклероза, который служит морфологической основой для цереброваскулярных заболеваний, ишемической болезни сердца [1, 9, 10]. Патогенетическая взаимосвязь процессов атеросклероза и инсулиннезависимого СД обусловлена нарушениями функционального состояния гепатоцитов. Печень стоит у истоков нарушения липидного и углеводного обмена, что опосредованно влияет на функцию поджелудочной железы и приводит к развитию инсулинорезистентности [3].

К настоящему времени доказано отрицательное влияние как атеросклероза, так и СД 2-го типа на возникновение и прогрессирование сосудистой патологии головного мозга. Морфологическим субстратом для нарушения мозгового кровообращения служит поражение крупных и мелких церебральных артерий [4]. Результатом поражения сосудистой стенки является патологический каскад вне- и внутриклеточных реакций, приводящих к ишемии и гипоксии мозга и в конечном итоге — к гибели нейронов. В центре этих патологических процессов лежит энергетический дефицит тканей, механизмы которого изучены недостаточно.

Цель настоящего исследования — изучение особенностей энергетического метаболизма головного мозга у пациентов с системным атеросклерозом в сочетании с СД 2-го типа.

Обследованы 134 пациента (43 женщины и 91 мужчина в возрасте 62±1,1 года) с системным атеросклерозом и гемодинамически значимыми стенозами брахиоцефальных артерий. Все пациенты были разделены на группы в зависимости от наличия (1-я группа, n=38) или отсутствия (2-я группа, n=96) СД 2-го типа. Диагноз подтвержден данными клинико-лабораторных и инструментальных исследований: всем пациентам проводили эхокардиографию, дуплексное сканирование брахиоцефальных артерий, мультиспиральную компьютерную томографию, биохимический анализ крови с определением липидного состава.

Всем пациентам выполнено хирургическое лечение в объеме каротидной эндартерэктомии в условиях нормотермии с использованием общей анестезии. По степени атеросклеротического поражения крупных артерий, питающих мозг, группы больных между собой не различались: контралатеральный стеноз внутренней сонной артерии и в 1-й и во 2-й группах отмечен в 48% случаев, контралатеральная окклюзия — в 13%.

Во время всех этапов каротидной эндартерэктомии проводили билатеральный мониторинг церебральной оксигенации головного мозга. На основании измеренных показателей рассчитывали индексы доставки и потребления кислорода, коэффициент экстракции кислорода мозгом.

Во время операции брали образцы артериальной крови из внутренней сонной артерии и венозной крови из луковицы яремной вены оперируемой стороны. В пробах крови определяли содержание гемоглобина (г/л) и напряжение газов (O₂ и СO₂, мм рт.ст.) в артериальной и венозной крови, уровень глюкозы (ммоль/л) и pH.

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием параметрических методов статистики. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Содержание глюкозы в плазме крови натощак у обследованных пациентов 1-й группы до хирургического лечения составило 7,3±0,36 ммоль/л, у пациентов 2-й группы — 5,1±0,04 ммоль/л (p<0,05).

Анализ липидного состава крови позволил выявить более значимые изменения при сочетании атеросклероза и СД 2-го типа. В 1-й группе отмечено статистически значимое увеличение содержания триглицеридов и липопротеидов очень низкой плотности (табл. 1).

Атеросклеротическое поражение сосудов головного мозга приводит к его хронической ишемии. Механизмы компенсации гипоксии головного мозга определяются многими компонентами, основные из которых — эффективность системной гемодинамики, газотранспортной функции крови и энергетического метаболизма мозга.

Индекс доставки кислорода к тканям головного мозга у пациентов 1-й и 2-й групп не различался и составил 39743±2434,3 и 44862±1656,8 усл. ед. соответственно (p>0,05). Отмеченное ранее отсутствие различий по степени поражения основных магистральных артерий, питающих мозг, и доставки кислорода к мозгу свидетельствует об идентичности системной гемодинамики в анализируемых группах.

Кислород является основным субстратом энергетического метаболизма всех клеток, особенно клеток мозга. Газовый обмен мозга у пациентов с СД 2-го типа имеет свои особенности (табл. 2).

Как известно, увеличение концентрации CO₂ в крови является следствием накопления его в клетках. Повышение парциального напряжения СO₂ в венозной крови сосудов головного мозга у пациентов 1-й группы служит компенсаторным механизмом, который обеспечивает снижение сосудистого тонуса. В результате вазодилатации снижается скорость кровотока, что сопровождается снижением церебральной оксигенации у пациентов 1-й группы (рис. 1).

От скорости кровотока зависит эффективность экстракции кислорода из крови. Более низкие характеристики церебрального кровотока у пациентов 1-й группы способствуют более высокой экстракции кислорода из крови. Повышенная экстракция кислорода является основным механизмом компенсации кислородного дефицита в тканях. При системном атеросклерозе коэффициент экстракции кислорода мозгом в среднем выше нормы в 2 раза, а при присоединении к атеросклерозу нарушений углеводного обмена — в 2,5 раза (рис. 2).

Однако, несмотря на более напряженную работу механизмов компенсации нарушений кислородного обмена на примере высокой экстракции кислорода из крови, потребление кислорода мозгом у пациентов 1-й группы повышается лишь на 10% по сравнению с таковым во 2-й группе.

Помимо особенностей кислородного метаболизма у пациентов 1-й группы отмечаются особенности утилизации глюкозы, что подтверждается артериовенозной разницей по глюкозе. Этот параметр характеризует эффективность метаболизма глюкозы головным мозгом, которая по своей значимости является вторым энергетическим субстратом после кислорода. Несмотря на более высокие уровни глюкозы в крови у пациентов 1-й группы, утилизация ее тканями мозга очень низкая. У пациентов 2-й группы артериовенозная разница по глюкозе соответствует норме (около 10%), при СД 2-го типа этот параметр в 2 раза ниже (рис. 3).

Инсулинорезистентность приводит к энергетически невыгодному метаболизму глюкозы, в результате чего отмечается тенденция к защелачиванию: pH венозной крови из яремной вены и содержание анионного пробела в 1-й группе составил 7,34±0,018 и 8,7±0,82 ммоль/л, а во 2-й группе — 7,37±0,006 и 10,7±0,48 ммоль/л соответственно, причем по содержанию анионного пробела различия между группами статистически значимые (p<0,05).

Таким образом, энергетический метаболизм тканей мозга при атеросклерозе по кислородному обмену отличается от нормы, по обмену глюкозы различий с нормой нет. При атеросклерозе, отягощенном СД 2-го типа, существенно снижается эффективность энергетического метаболизма как по кислороду, так и по глюкозе. Присоединение нарушений, связанных с обменом глюкозы, приводит к усугублению энергетического дефицита в тканях мозга, что может сказываться на жизнеспособности клеток мозга и приводить к более выраженным психоневрологическим нарушениям у больных с СД 2-го типа.

Потребность головного мозга в энергетическом обеспечении выше, чем других органов и тканей организма. Основными энергетическими субстратами для мозга являются кислород и глюкоза. Атеросклеротическое поражение магистральных и мелких сосудов головного мозга способствует развитию жесткости сосудистого русла, что ведет к неадекватной доставке кислорода к тканям и формирует гипоксию тканей.

Доказано отрицательное влияние СД на скорость прогрессирования атеросклеротического повреждения сосудистой стенки [4].

Известно, что липопротеиды крови принимают активное участие в обмене липидных компонентов клеточных мембран. Дислипопротеинемия при СД приводит к выраженным изменениям структуры мембран эритроцитов. В результате деформации эритроцитов увеличивается их адгезия, что меняет физико-химические свойства крови и затрудняет ее перемещение по капиллярному руслу. Это создает предпосылки для развития гипоксии тканей [6].

СД служит причиной гипоксии тканей независимо от наличия или отсутствия атеросклероза [2]. Авторами отмечено снижение пикового потребления кислорода у больных с СД 2-го типа в среднем на 20% по сравнению с таковым у лиц без нарушений углеводного обмена в условиях идентичной гемодинамики [17]. По нашим данным, для компенсации гипоксии и поддержания эффективности кислородного обеспечения головного мозга у больных с атеросклерозом в сочетании с СД 2-го типа значительно повышается экстракция кислорода из крови (в 2,5 раза выше нормы). При этом эффективность доставки кислорода в группах пациентов идентична.

При СД 2-го типа нарушается и кислородтранспортная функция крови. Популяционные исследования позволили выявить, что больные СД подвержены риску развития анемии в большей степени, лица без СД, при одинаковом уровне функции почек и запасов железа в организме [7, 13, 15]. У обследованных нами пациентов с атеросклерозом и СД 2-го типа отмечено статистически значимо более низкое содержание гемоглобина в крови, чем у пациентов без СД. При СД меняются реологические свойства крови в сторону повышения ее вязкости, происходит деформация эритроцитов, развивается склонность к адгезии. Эти процессы в совокупности с неферментным гликозилированием мембраны эритроцитов и с нарушением ее проницаемости и накоплением конечных продуктов гликирования снижают продолжительность жизни эритроцитов и способствуют нарушению их газотранспортной функции [16].

Нарушение перфузии головного мозга приводит к снижению резерва ауторегуляции, т.е. вазодилатации в ответ на ишемию, что способствует развитию ишемических инсультов даже в отсутствие гемодинамически значимых стенозов экстракраниальных артерий [18].

Нарушение энергетического обмена головного мозга при системном атеросклерозе в сочетании с СД 2-го типа приводит к тому, что основной энергетический субстрат (глюкоза) утилизируется по пути анаэробного метаболизма. В условиях гипергликемии и инсулинорезистентности накапливается недоокисленный продукт метаболизма глюкозы — молочная кислота, что вызывает кислотно-щелочной дисбаланс [5]. Тенденция к защелачиванию среды у пациентов с СД 2-го типа снижает сродство гемоглобина с кислородом, что еще больше усугубляет кислородный дефицит. Кроме того, несмотря на высокий уровень глюкозы в крови при СД 2-го типа, эффективность ее утилизации в данной группе пациентов в 2 раза ниже нормы. Результатом дисбаланса энергетического метаболизма головного мозга является более выраженный когнитивный дефицит у больных с атеросклерозом в сочетании с СД 2-го типа [11, 12].

Таким образом, при атеросклеротическом поражении сосудов головного мозга адекватность метаболизма кислорода в мозге обеспечивается за счет высокой экстракции кислорода, т.е. высокого расхода резервных возможностей газотранспортной функции крови. Метаболизм глюкозы при этом не страдает. Присоединение к системному атеросклерозу СД 2-го типа сопровождается значительным ухудшением энергетического метаболизма головного мозга. У пациентов с системным атеросклерозом в сочетании с СД 2-го типа по сравнению с пациентами без СД снижен в 2 раза церебральный метаболизм глюкозы, а эффективность кислородного обеспечения мозга обеспечивается снижением сосудистого тонуса и более высокой экстракцией кислорода из крови.