Модуляция окислительного стресса как ранний признак саркопении при сахарном диабете 2-го типа

Согласно докладу Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) количество людей старше 60 лет возрастет к 2050 г. в 2 раза [1]. Поэтому в настоящее время мероприятия, направленные на сохранение и укрепление здоровья, улучшающие качество жизни пожилых людей, являются приоритетным направлением в системе здравоохранения. Саркопения, характеризующаяся снижением скелетно-мышечной массы, силы и работоспособности, признана одним из факторов риска высокой заболеваемости и летальности у лиц старше 65 лет [2].

По результатам метаанализа, включающего 16 800 пациентов с сахарным диабетом (СД) 2-го типа, общая распространенность саркопении составила 18%. Кроме этого, результаты этого исследования отразили состояния, которые могут быть предикторами развития саркопении у лиц с СД 2-го типа: пожилой возраст, мужской пол, гипергликемия и остеопороз [3]. Данные о распространенности саркопении противоречивы. В исследовательской работе (2017 г.) показано, что при обследовании саркопению выявляли чаще у женщин с СД 2-го типа, имеющих хроническую болезнь почек и диабетическую полинейропатию [4].

Саркопения сопряжена с инсулинорезистентностью, а также с повышением содержания конечных продуктов гликозилирования и маркеров окислительного стресса, в совокупности приводящих к прогрессированию микро- и макрососудистых осложнений у больных СД 2-го типа. Например, в исследовании, проведенном в 2020 г., при анализе результатов биопсии скелетных мышц у пациентов с СД 2-го типа выявлено, что группа миокинов подавляет секрецию инсулина, приводя к более высоким показателям гликемии и прогрессированию осложнений [5]. В другом экспериментальном исследовании (2019 г.) при трансплантации жировой ткани от мышей с ожирением в перимышечные пространства особям с нормальной массой тела выявлено повышение экспрессии генов, связанных с протеолизом (Atrogin1 и MuRF1) и клеточным старением (p19 и p21) [6].

Кроме того, установлены более высокие показатели пентадекановой кислоты и глютамина у пациентов с СД 2-го типа и саркопенией [7]. Внутримышечное накопление пентадекановой кислоты активирует фермент AKT1 (AKT серин/треонинкиназа 1), который, нарушая процессы окислительного фосфорилирования, запускает апоптоз клеток [8]. Глютамин является одной из незаменимых аминокислот, поддерживающей синтез белка в скелетных мышцах [9]. Возможно, что повышение уровня этого соединения у пациентов с нарушением углеводного обмена выступает как компенсаторный ответ, направленный на сохранение мышечной массы. Такие выводы получены в экспериментальном исследовании включения добавок глютамина в питание и их влияния на атрофию скелетной мускулатуры у грызунов [10].

Висцеральная жировая ткань продуцирует ряд провоспалительных маркеров — интерлейкин-6 (ИЛ-6), фактор некроза опухоли α (ФНО-α), С-реактивный белок (СРБ) и др. В одном из исследований отмечено, что у 115 пожилых людей старше 60 лет снижение аппендикулярной мышечной массы в течение 5 лет провоцировало повышение концентрации ИЛ-6 и СРБ в 5 и в 4 раза по сравнению с контрольной группой без СД 2-го типа [11].

Кроме этого, во время прогрессирования ожирения нарастает уровень провоспалительных цитокинов — ИЛ-1β, ИЛ-8, ФНО-α, моноцитарного хемотаксического протеина-1 и др., которые запускают воспалительный процесс в β-клетках островков Лангерганса, приводя к их дальнейшему апоптозу [12]. Кроме этого, ИЛ-1β стимулирует продукцию β-клетками индуцированной синтазы оксида азота (iNOS), что сопровождается повышением в них концентрации оксида азота [13]. Одним из основных цитокинов, мишенью которого становится скелетная мускулатура, является ФНО-α, поэтому многие ученые предполагают, что данная молекула может быть маркером саркопении и возможной мишенью терапии [14].

Перекисное окисление липидов — это химический процесс, каскад реакций превращения липидов с участием свободных радикалов — активных заряженных молекул, которые могут приводить к нарушению структуры и повреждению клетки, что является одним из механизмов патогенеза ряда заболеваний, в том числе саркопении.

Известно, что 8-изопростан и другие F2-изопростаны являются продуктами перекисного окисления арахидоновой кислоты [15]. Обнаружена статистически значимая связь между F2-изопростанами и развитием СД 2-го типа и сердечно-сосудистых осложнений [15].

В настоящее время поиск биомаркеров возраст-ассоциированных заболеваний, таких как саркопения и СД 2-го типа, представляет собой важное медико-социальное значение. Своевременное выявление воспалительных метаболитов на доклинических стадиях позволит предупреждать развитие и прогрессирование саркопении, а также ее осложнений у пациентов с нарушением углеводного обмена.

Цель исследования — провести сравнительную оценку маркеров окислительного стресса (ФНО-α, ИЛ-1β, 8-изопростан) при саркопении у пациентов с СД 2-го типа.

Одномоментное сплошное исследование проведено на базе эндокринологического отделения ФГБУ «Федеральный Сибирский научно-клинический центр ФМБА» в соответствии со стандартами клинической практики и Хельсинкской декларацией (заключение этического комитета ФГБОУ ВО «СибГМУ» Минздрава России № 8888 от 29.11.2021 г.).

В исследование включено 70 добровольцев в возрасте от 45 до 85 лет, подписавших информированное добровольное согласие. Участники исследования разделены на 3 группы по результатам кистевой динамометрии и биоимпедансометрии согласно алгоритму скрининга саркопении EWGSOP2 2019 г.: 1-я группа (n=22) — пациенты с СД 2-го типа и саркопенией, 2-я (n=30) — пациенты с СД 2-го типа и вероятной саркопенией (пресаркопения, сниженная мышечная сила), 3-я (n=18) — контрольная, без СД 2-го типа и саркопении. Группы были сопоставимы по полу.

В исследование не включали пациентов с заболеваниями дыхательной и сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта в стадии декомпенсации, опорно-двигательного аппарата в стадии III—IV функционального класса, с тяжелой почечной недостаточностью в стадии С4—5, с ампутациями конечностей в анамнезе, недостаточностью витамина B₁₂, злоупотребляющих алкоголем, с наличием крупных металлических протезов и установленным электрокардиостимулятором, а также имеющих лимфостаз.

Характеристика пациентов представлена в табл. 1.

Таблица 1. Характеристика групп

Примечание. ИМТ — индекс массы тела; SPPB (Short Physical Performance Battery) — краткая батарея тестов физического функционирования.

Среднее значение индекса массы тела (ИМТ) больных саркопенией было ниже, чем у лиц 2-й и 3-й групп, и соответствовало нормальной массе тела (18,5—25 кг/м²). Параметры ИМТ у пациентов с пресаркопенией и СД 2-го типа и у лиц контрольной группы находились в пределах ожирения I степени (30—34,9 кг/м²), при этом значения ИМТ были выше у лиц с вероятной саркопенией.

У пациентов с СД 2-го типа и сниженной мышечной силой отмечались наименьшие значения уровня физической активности по сравнению с участниками 1-й и 3-й групп. Параметры теста SPPB и скорости ходьбы у больных саркопенией соответствовали уровню старческой астении (оценка SPPB-теста ≤7 баллов, скорость ходьбы <0,8 м/с), но были выше, чем у пациентов с вероятной саркопенией. Показатели глюкозы были выше у пациентов 2-й группы.

По результатам кистевой динамометрии пациенты разделены на 3 группы (табл. 2).

Таблица 2. Параметры кистевой динамометрии у пациентов исследуемых групп

Наименьшие значения мышечной силы наблюдались у пациентов группы с пресаркопенией и СД 2-го типа по сравнению с лицами 1-й и 3-й групп. У пациентов с саркопенией и СД 2-го типа показатели кистевой динамометрии были ниже, чем у лиц контрольной группы.

СД 2-го типа верифицировали согласно алгоритму специализированной медицинской помощи больным сахарным диабетом [16].

Дополнительно у всех пациентов с СД 2-го типа при сборе анамнеза заболевания проанализировано наличие микрососудистых осложнений (диабетическая ретинопатия, диабетическая нефропатия, диабетическая полинейропатия).

При плановом посещении у каждого участника исследования проведен забор крови натощак. В дальнейшем в плазме крови определены концентрации ФНО-α (пг/мл), ИЛ-1β (пг/мл), 8-изопростана (пг/мл) с помощью метода твердофазного иммуноферментного анализа.

Статистический анализ (оценка полученных данных, их сравнение и выявление статистически значимых различий между группами) проведен с помощью электронных таблиц и графиков Microsoft Office Excel 2010 и программного обеспечения для статистической обработки данных StatTech v. 4.1.2.

Проверка нормальности распределения произведена с помощью критерия Колмогорова—Смирнова. Исследуемые показатели не были распределены согласно нормальному закону распределения и поэтому представлены в виде медианы и межквартильного размаха Me (Q₂₅—Q₇₅). Различия оценивали с помощью непараметрических критериев Манна—Уитни для двух и Краскела—Уоллиса для трех и более независимых групп сравнения. Категориальные переменные представлены процентными долями. При сравнении групп по качественному признаку применяли критерий хи-квадрат (χ²). Силу корреляционной связи оценивали с помощью рангового критерия Спирмена. Оценка диагностической значимости количественных признаков для прогнозирования того или иного исхода проведена методом анализа ROC-кривых, в котором в точке cut-off (по наивысшему значению индекса Юдена) определялось разделяющее значение признака. Различия считали значимыми при p<0,05.

При анализе результатов биоимпедансометрии выявлены следующие закономерности, представленные в табл. 3.

Таблица 3. Композиционный состав тела у пациентов исследуемых групп

У пациентов с саркопенией и СД 2-го типа общий показатель жировой массы, ее процентное содержание, площадь висцерального жира были статистически значимо ниже по сравнению с больными СД 2-го типа и сниженной мышечной силой и участниками группы без нарушений углеводного обмена и признаков саркопении. Скелетная мышечная масса и индекс аппендикулярно-скелетной массы у пациентов 1-й группы были ниже, чем у пациентов 2-й группы, и соответствовали критериям саркопении согласно рекомендациям EWGSOP2 2019 г., межгрупповые различия в содержании белков, минералов не были статистически значимыми. Параметры клеточной массы у больных с саркопенией также были ниже, чем у лиц группы с вероятной саркопенией и контрольной группы. При сравнении композиционного состава тела изменение в водном балансе и распределение по сегментам не различалось по группам, но следует отметить, что количество жидкости в организме было ниже у лиц с СД 2-го типа и саркопенией.

При оценке тяжести саркопении, по результатам простого опросника быстрой диагностики саркопении (A Simple Questionnaire to Rapidly Diagnose Sarcopenia — SARC-F), мы обратили внимание на то, что у больных пресаркопенией была более высокая оценка в баллах (4 [2—5]) по сравнению с участниками контрольной группы (1 [0—2]). Результаты у лиц данной группы соответствовали наличию пресаркопении (p<0,05). При этом у пациентов с саркопенией среднее количество баллов было в пределах нормы — 2 [0—3], но сравнение с другими группами (2-й и 3-ей) не выявило статистической значимости.

Установлено, что наиболее частым осложнением у пациентов с СД 2-го типа и саркопенией/пресаркопенией является диабетическая нефропатия, при этом такое состояние чаще встречалось у пациентов группы со сниженной мышечной массой и силой (p=0,04). Второе место по распространенности среди участников с СД 2-го типа занимает диабетическая полинейропатия (80% в 1-й группе, 73% во 2-й). Доля диабетической ретинопатии: у пациентов с саркопенией — 40%, с пресаркопенией — 27%.

На следующем этапе исследования изучали маркеры окислительного стресса (8-изопростан) и воспаления (ФНО-a и ИЛ-1b) при сниженной мышечной массе у больных с пресаркопенией или саркопенией. Результаты представлены в табл. 4.

Таблица 4. Маркеры воспаления и окислительного стресса в сыворотке больных саркопенией на фоне сахарного диабета 2-го типа

Примечание. ФНО-α — фактор некроза опухоли α; ИЛ-1β — интерлейкин 1β.

Концентрация 8-изопростана была в 1,6 раза выше у пациентов с СД 2-го типа и саркопенией по сравнению с лицами контрольной группы (p<0,05). Противоположная картина наблюдается для ИЛ-1β: ниже на 30% у пациентов с пресаркопенией и в 1,8 раза у пациентов с саркопенией относительно контроля (p<0,05).

Исходя из полученных данных, можно сказать, что для мышечной атрофии при СД 2-го типа характерно повышение содержания 8-изопростана и снижение концентрации ИЛ-1β в сыворотке крови.

При оценке зависимости наличия саркопении или пресаркопении от 8-изопростана получены следующие результаты (рис. 1). Для саркопении (см. рис. 1, а) пороговое значение 8-изопростана в точке cut-off составило 1009,0 пг/мл; наличие заболевания предполагалось при значении исследуемого параметра выше данной величины или равном ей. Чувствительность и специфичность статистически значимой (p<0,05) модели составили 90,9 и 77,8% соответственно.

Пороговое значение 8-изопростана для пресаркопении (см. рис. 1, б) составило 1345,0 пг/мл. Заболевание прогнозировали при значении показателя выше данной величины или равном ей. Чувствительность и специфичность статистически значимой модели (p<0,05) составили 71,4 и 100,0% соответственно.

Рис. 1. ROC-кривая, характеризующая зависимость вероятности наличия саркопении (а) и пресаркопении (б) от содержания 8-изопростана.

Результаты оценки зависимости наличия саркопении или пресаркопении от ИЛ-1β представлены на рис. 2. Пороговое значение ИЛ-1β в точке cut-off составило 2,2, саркопению (см. рис. 2, а) прогнозировали при значении показателя ниже данной величины. Чувствительность и специфичность статистически значимой (p<0,05) модели составили 81,8 и 100,0% соответственно.

Для пресаркопении (рис. 2, б) пороговое значение составило 2,68 пг/мл, наличие патологии предполагали при значении параметра ниже данной величины. Чувствительность и специфичность статистически значимой (p<0,05) модели составили 73,3 и 88,9% соответственно.

Рис. 2. ROC-кривая, характеризующая зависимость вероятности наличия саркопении (а) и пресаркопении (б) от содержания ИЛ-1β.

Таким образом, наличие саркопении можно предполагать при содержании 8-изопростана выше 1009 пг/мл и ИЛ-1β ниже 2,2 пг/мл. Для пресаркопении характерны содержание 8-изопростана выше 1345 пг/мл и ИЛ-1β ниже 2,68 пг/мл.

Гипергликемия, инсулинорезистентность и часто наблюдающееся ожирение у больных с СД 2-го типа создают условия для поддержания хронического воспаления в организме, что приводит к развитию саркопении и к более тяжелому течению СД с развитием множественных осложнений.

В рамках настоящего исследования проводился модифицированный скрининг саркопении у лиц с нарушением углеводного обмена. В отличие от рекомендаций EWGSOP2 2019 г., в которых в качестве первичного инструмента диагностики указан тест SARC-F, использовалась кистевая динамометрия. Данное изменение обусловлено тем, что, по результатам последних исследований, опросник SARC-F имеет низкую чувствительность [17, 18].

Наше исследование показало, что симптомы астении выявлены у лиц с вероятной саркопенией и СД 2-го типа, но не обнаружены у больных саркопенией. Изолированное использование тестирования SARC-F без инструментальных обследований (кистевая динамометрия и биоимпедансометрия) может привести к тому, что своевременно не смогут быть диагностированы клинические изменения у пациентов со сниженной мышечной массой и силой.

Более низкие значения ИМТ у лиц с саркопенией и СД 2-го типа могут быть связаны с тем, что при прогрессировании этого состояния на стадии тяжелой саркопении происходит снижение скелетной мускулатуры, клеточной массы и жировой массы, а сохранение нормальных или высоких значений ИМТ на стадии пресаркопении может быть обусловлено функциональными изменениями, происходящими в скелетной мускулатуре [19]. Одной из причин первоначального снижения функциональных возможностей является уменьшение пула активных мышечных волокон 1-го типа, которые с увеличением возраста подвергаются мышечно-жировой инфильтрации [20]. Косвенно на это указывает выявленное нами преобладание жировой массы и висцерального жира у пациентов с СД 2-го типа и вероятной саркопенией. Результаты проведенного исследования сопоставимы с выводами других авторов (2021 г.) [21]. Так, в группе участников с динапенией зарегистрированы самые высокие значения ИМТ, окружности талии, жировой массы по сравнению с лицами других групп (1-я — саркопения и 2-я — снижение мышечной массы при нормальных значениях мышечной силы) [21]. Кроме этого, в данном исследовании пациенты с динапенией имели наименьшие значения функциональных способностей — скорости ходьбы и физической активности (ккал/неделя) по сравнению с другими участниками указанных групп [21].

Обращает на себя внимание то, что в настоящем исследовании у пациентов с СД 2-го типа и вероятной саркопенией по сравнению с лицами группы с СД 2-го типа и саркопенией отмечается аналогичное, как в выше представленной научной работе, снижение функциональных возможностей — скорости ходьбы, физической активности (мин/сут), оценки в баллах по SPPB-тесту. Это можно связать с тем, что участники с динапенией без снижения мышечной массы склонны к гиподинамии, имели более высокие показатели гликемии, массы тела, провоцирующие повышение инсулинорезистентности [22]. Инсулин и аминокислоты совместно способствуют увеличению синтеза белков и, соответственно, увеличению массы скелетной мускулатуры, а инсулинорезистентность сопряжена с нарушением этих процессов [19]. Степень влияния ассоциации низкой работоспособности и ожирения у лиц с динапенией, саркопенией на риск возникновения спонтанных падений и неблагоприятных клинических исходов изучалаь редко. Но в одном из ранее приведенных исследований (2021 г.) доказано, что динапения, ассоциированная с ожирением, чаще приводит к развитию метаболического синдрома, снижению работоспособности и более высокому риску развития спонтанных падений [19]. Эти данные сопоставимы с результатами другого исследования, показавшими более высокий риск спонтанных падений у лиц с пресаркопенией на основании опросника SARC-F [23].

Из микрососудистых осложнений чаще встречалась диабетическая нефропатия, но в других работах, рассматривающих данную проблему, наиболее распространенным осложнением у больных СД 2-го типа и саркопенией названа диабетическая полинейропатия [24]. Основными патогенетическими механизмами снижения мышечной массы у пациентов с диабетической нефропатией считаются потеря белка вследствие протеинурии и дефицит витамина D, возникающий на фоне хронической болезни почек [24], но в настоящем исследовании не проведена корреляция с частотой выявления этих состояний.

Диабетическая полинейропатия у пациентов с саркопенией и вероятной саркопенией приводит к гликозилированию миелиновых оболочек нервных волокон и снижению количества функционирующих мотонейронов [25, 26], вследствие чего уменьшаются скорость ходьбы и мышечная сила в нижних конечностях [25]. Следует отметить, что частота такого осложнения статистически значимо не различалась между группами, но была высокой у всех участников с СД 2-го типа, возможно, поэтому скорость ходьбы снижена у лиц обеих групп.

Кроме того, между участниками с СД 2-го типа с вероятной саркопенией и саркопенией не установлены статистически значимые различия в уровне метаболита 8-изопростана. Ранее не было крупномасштабных исследований, в которых оценивалась бы роль данного простагландина в зависимости от наличия снижения мышечной массы и силы, но хроническая гипергликемия может выступать индуктором перекисного окисления липидов, образования свободных радикалов и простагландинов, в том числе и 8-изопростана [26]. При оценке зависимости наличия пре-/саркопении у пациентов с помощью ROC-кривой отмечены высокие значения чувствительности и специфичности модели как для контрольного параметра саркопении, так и пресаркопении, но требуется проведение широких исследований для подтверждения полученных данных, так как до настоящего времени 8-изопростан не рассматривался как возможный маркер снижения мышечной массы.

Уровни ФНО-ɑ не имели статистически значимых межгрупповых различий, но данный параметр рассматривался в зависимости от наличия критериев саркопении у пациентов с СД 2-го типа, ИМТ при этом не учитывался. Как известно, ФНО-ɑ является провоспалительным маркером висцеральной жировой ткани [27, 28]. Возможно, поэтому его средние значения были выше у лиц с пресаркопенией и СД 2-го типа и контрольной группы по сравнению с участниками с саркопенией и СД 2-го типа, так как средний ИМТ участников 2-й и 3-й групп находился в пределах ожирения I степени, а у лиц 1-й группы соответствовал нормальным значениям.

Значения ИЛ-1β, напротив, снижались в зависимости от степени тяжести развития саркопении. Пороговые значение ИЛ-1β, полученные с помощью ROC-модели, так же как и для 8-изопростана, обладали высокой чувствительностью и специфичностью. Результаты были сопоставимы с данными исследования (2023 г.), в котором содержание ИЛ-1 β у пациентов с пресаркопенией было выше, по сравнению с лицами, имеющими саркопению, но в данной работе не учитывалось наличие нарушений углеводного обмена [29]. Более низкий уровень ИЛ-1 β у пациентов с СД 2-го типа может ассоциироваться с ингибированием при длительной гипергликемии специфических инфламмасом за счет активных форм кислорода [30].

Настоящее исследование установило как клинические, так и метаболические особенности пациентов с сахарным диабетом 2-го типа с саркопенией и пресаркопенией. Пресаркопения ассоциирована с ожирением в большей степени, чем недостаток мышечной массы, приводит к снижению работоспособности и более высокому риску возникновения старческой астении. Изменения параметра ФНО-ɑ не достигли статистической значимости. Уровень 8-изопростана выше 1009 пг/мл и уровень ИЛ-1β ниже 2,2 пг/мл могут быть потенциальными лабораторным предикторами саркопении, а уровень 8-изопростана выше 1345 пг/мл и уровень ИЛ-1β ниже 2,68 пг/мл — пресаркопении, но для достоверности требуется проверка построенной модели в крупномасштабных клинических исследованиях.

Вклад авторов: концепция и дизайн исследования — Самойлова Ю.Г., Спирина Л.В.; сбор и обработка материала — Матвеева М.В., Хорошунова Е.А., Акбашева О.Е., Якимова Я.Л., Карнаухова Т.А., Узянбаев И.А., Новожилова П.О.; статистическая обработка — Карнаухова Т.А., Узянбаев И.А., Новожилова П.О., Якимова Я.Л.; написание текста — Матвеева М.В., Хорошунова Е.А., Акбашева О.Е.; научное редактирование — Самойлова Ю.Г., Кудлай Д.А., Спирина Л.В.

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ «Ранняя диагностика саркопении на основе метаболического профиля», №22-25-00632 от 10.01.2022.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.