Мозговой нейротрофический фактор при ишемическом инсульте в остром и раннем восстановительном периодах: роль ночной гипоксемии

Острое нарушение мозгового кровообращения (ОНМК) считается одной из важнейших проблем современности [1]. Это обусловлено высокой медицинской и социальной значимостью ОНМК, так как оно неизбежно ведет к тяжелым медицинским и социально-экономическим последствиям как для самих пациентов и их родственников, так и для общества в целом, что требует разработки комплексных лечебных и нейрореабилитационных программ в ранние сроки после развития ОНМК. По оценке Всемирной организации здравоохранения ОНМК по состоянию на 2019 г. занимают второе место среди всех причин смерти, обусловливая около 11% всех ее случаев. В течение последних 5 лет в РФ регистрируется от 430 до 470 тыс. случаев инсульта в год, при этом госпитальная летальность варьирует от 17,6 до 20,7% [2]. В крупнейших городах страны ситуация с данным заболеванием крайне неблагоприятная.

Ишемический инсульт (ИИ) возникает в результате полной или частичной окклюзии церебральных артерий, приводящей к формированию инфаркта мозга. При ИИ основными патофизиологическими механизмами повреждения головного мозга являются внутриклеточная эксайтотоксичность, окислительный стресс, апоптоз и воспаление [3]. Если в первые дни сохранение и восстановление поврежденной ткани головного мозга являются результатом разрешения отека и/или восстановления кровотока (прежде всего, в зоне пенумбры), то в дальнейшем восстановление во многом обеспечивается за счет механизмов нейропластичности — способности нервной системы к адаптации за счет структурно-функциональной перестройки в ответ на внешние и внутренние воздействия. Процессы нейропластичности лежат в основе нейрореабилитации [3—5].

В процессах нейропластичности большую роль отводят нейротрофическим факторам, среди которых наиболее изученным является мозговой нейротрофический фактор (BDNF), относящийся к семейству белков-нейротрофинов [6]. Ген BDNF расположен на длинном плече 11 хромосомы и кодирует одноименный белок, который представляет собой нейротрофический фактор головного мозга. Белковый продукт данного гена, обнаруженный в головном и спинном мозге, способствует выживанию нервных клеток, участвует в росте, дифференцировке и поддержании жизнедеятельности нейронов. В головном мозге белок BDNF активен в соединениях между нервными клетками (синапсами), которые осуществляют межклеточную коммуникацию, и участвует в регуляции синаптической пластичности (адаптационное изменение синапсов в ответ на события и полученную информацию, имеющее большое значение для процессов обучения и запоминания), реакции на стрессовое воздействие и изменение настроения. Ряд исследований сообщает, что BDNF оказывает положительное влияние на восстановление после инсульта благодаря ослаблению клеточной гибели нейронов, стимулированию нейрогенеза/миграции и ремиелинизации аксонов, а также благодаря его способности влиять на нейровоспалительные процессы [3], также BDNF участвует в таких процессах, как глиогенез, нейрогенез, синаптогенез и ангиогенез [7].

Показано, что низкий уровень циркулирующего BDNF ассоциирован с высоким риском развития инсульта и плохим восстановлением, а острая ишемия стимулирует экспрессию BDNF в мозге [8].

Помимо ишемии, уровень BDNF в ЦНС чувствителен к другим отрицательным воздействиям, в частности к гипоксии, которая часто встречается после инсульта и ассоциирована с неблагоприятными клиническими и функциональными исходами. В то же время предполагается, что гипоксия может иметь как протективное, так и патологическое действие в зависимости от длительности гипоксического воздействия и уровня десатурации [5]. В научной литературе содержатся данные как об увеличении, так и о снижении уровня BDNF в условиях гипоксии, что может быть связано как с различными дизайнами исследований, так и со сложностью механизмов нейропластичности и нейрогенеза при воздействии повреждающих факторов [6, 9].

Частой причиной гипоксии у пациентов с ОНМК является апноэ во сне [10], встречающееся у 60—70% больных ИИ [11], при этом нарушения дыхания во время сна, будучи фактором риска сердечно-сосудистых осложнений, могут как предшествовать ОНМК, так и развиваться/усугубляться вследствие повреждения головного мозга [12]. По результатам ранее проведенных исследований оказалось, что уровень BDNF ассоциирован с когнитивным статусом у пациентов с синдромом обструктивного апноэ во сне (СОАС) [13, 14]. Однако связь его уровня с восстановлением после ОНМК у пациентов с нарушениями дыхания во сне малоизучена.

Цель исследования — изучение связи уровня BDNF и выраженности ночной гипоксемии у пациентов в остром и раннем восстановительном периодах ИИ.

В рамках работы, проведенной на базе ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова», были обследованы 44 пациента (27 (61%) мужчин, 17 (39%) женщин). Средний возраст пациентов составил 62±13 (31; 84) года.

Критерии включения: пациенты 18—85 лет в остром периоде ИИ.

Критерии невключения: первично геморрагический инсульт, нарушения сознания, клинически нестабильное или жизнеугрожающее состояние, потребность в инвазивной вентиляции легких и/или кислородотерапии (≥2 л/мин), известное прогрессирующее неврологическое заболевание, хроническая сердечная недостаточность III—IV функционального класса по классификации Нью-Йоркской ассоциации сердца, злоупотребление алкоголем.

При повторном визите через 3 мес были обследованы 35 больных — 21 мужчина и 14 женщин.

Неврологический статус и связанная с ним динамика в остром периоде инсульта оценивались в рамках клинической рутинной практики по шкале инсульта Национальных институтов здоровья (NIHSS) при поступлении и выписке (баллы от 0 до 42). Тяжесть инсульта классифицировалась следующим образом: 0 — отсутствие неврологических нарушений, 1—4 — легкий инсульт, 5—15 — инсульт средней степени тяжести, 16—42 — тяжелый инсульт [15]. Средний балл по шкале NIHSS при поступлении составил 6. Легкая степень инсульта была диагностирована у 23 (52%) пациентов, средняя — у 18 (41%), тяжелая — у 3 (7%).

Нейровизуализационные исследования (КТ и/или МРТ головного мозга) для верификации диагноза были проведены всем пациентам в рамках рутинной клинической практики при поступлении. Классификация TOAST была использована для определения патогенетических подтипов ИИ: атеросклероза крупных артерий, кардиоэмболии, окклюзии мелких сосудов (лакунарный инсульт), другой установленной этиологии, неустановленной этиологии [16]. Согласно классификации TOAST, в большинстве случаев, а именно у 17 (39%) больных, этиология инсульта оставалась неустановленной; кардиоэмболические инсульты составили 32% (n=14); атеротромботические — 11% (n=5); лакунарный — 11% (n=5); другая установленная этиология — 7% (n=3).

В остром периоде, помимо рутинного обследования в соответствии с существующими стандартами обследования и лечения пациентов с ОНМК, проводился респираторный мониторинг (монитор Nox T3 с программным обеспечением Noxturnal, Исландия), в ходе которого регистрировали следующие параметры: ороназальный воздушный поток, пульсоксиметрию, торкаоабдоминальные экскурсии, положение тела. Оценка событий, связанных со сном, проводилась вручную двумя обученными специалистами в соответствии с правилами AASM 2.4 [17]. Оценивались следующие показатели: индекс апноэ-гипопноэ (ИАГ, эпизоды/ч), индекс десатурации кислорода (ИД, эпизоды/ч), среднее и минимальное значение уровня сатурации SpO₂ (%), доля времени с SpO₂ <90% и < 85%. Для диагностики нарушений дыхания во время сна использовали критерий ИАГ ≥5 эпизодов/ч. Также проводили забор крови для оценки уровня несвязанной формы BDNF методом твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) в сыворотке крови с использованием набора Human Free BDNF Quantikine ELISA Kit («R&D Systems», США) согласно инструкции в области концентраций свободного BDNF в сыворотке крови 62,50—4000 пг/мл. Чувствительность анализа составляла 20 пг/мл. Уровень BDNF также оценивался повторно в рамках амбулаторного визита пациента через 3 мес после ОНМК.

Все пациенты получали стандартную медицинскую помощь в соответствии с рекомендациями по лечению ИИ, включая антикоагулянты, антиагреганты, гиполипидемические, антигипертензивные препараты и другие методы лечения, если это было необходимо. Семь (16%) пациентов получили тромболитическую терапию при поступлении. Тромбоэкстракция/тромбоаспирация была выполнена 11 (25%) пациентам.

Протокол исследования был одобрен локальным Этическим комитетом ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России (протокол №1612-21-02). Все обследуемые подписывали информированное согласие на участие в исследовании.

Для статистической обработки данных использовались описательные статистики (медиана, минимум, максимум), критерий Шапиро—Уилка для оценки нормальности распределения показателей, коэффициент корреляции Спирмена для поиска взаимосвязей, U-критерий Манна—Уитни для сравнения независимых выборок, а также T-критерий Вилкоксона для проверки различий между двумя зависимыми группами. Для анализа статистических данных использовались программа IBM SPSS Statistics 22 (IBM, США) и R версии 4.3.2 (для построения регрессионной модели) [18]. С помощью пакета nlme была построена регрессионная модель [19, 20], применялся обобщенный метод наименьших квадратов с моделированием структуры дисперсии. Для подбора модели использовался метод ограниченного максимального правдоподобия (restricted maximum likelihood, REML). В модель включались непрерывные переменные. В качестве независимых переменных в модель включались показатели дыхания во сне, а также размер очага поражения головного мозга, рост, масса тела, индекс массы тела. Для диагностики модели и построения графиков использовались пакеты car [21] и ggplot2 [22]. На первом этапе из модели удалялись коллинеарные переменные. Для выявления коллинеарных переменных и последующего их удаления применялись коэффициенты инфляции дисперсии (variance-inflation factors, VIF). Отбор наилучшей модели происходил с помощью информационного критерия Акаике (Akaike information criterion, AIC) и теста отношения правдоподобий (Likehood ratio test, LRT), кроме этого, LRT и аппроксимированная t-статистика применялись для оценки значимости модели в целом. Модель была проверена с помощью построения графиков остатков в зависимости от предсказанных значений, предиктора и ковариат, отсутствующих в модели. Проверка статистических гипотез проводилась при критическом уровне значимости 0,05.

Медианное значение уровня BDNF в свободной форме при поступлении составило 18,13 (6, 71; 100) нг/мл, а в период раннего восстановления после ОНМК — 22,36 (2,54; 100) нг/мл. Значимых различий показателей BDNF при ИИ в остром и раннем восстановительном периодах обнаружено не было (p=0,19).

Согласно данным респираторного мониторинга, нарушения дыхания во сне (ИАГ ≥5 эпизодов/ч) были выявлены у 34 (81%) человек, из них у 27 (61%) — преимущественно обструктивного типа, у 6 (14%) — центрального и у 1 (2%) — смешанного. У 2 пациентов из общей выборки оценка эпизодов апноэ-гипопноэ не проводилась. Различий в уровне BDNF у пациентов в острой фазе ОНМК с нарушениями дыхания и без них выявлено не было (p=0,369).

По результатам КТ/МРТ головного мозга у 20 (45%) человек выявлены ишемические изменения в бассейне левой средней мозговой артерии (СМА). Локализация ОНМК в бассейне правой СМА — у 17 (39%) пациентов, в вертебрально-базилярной системе (ВБС) — у 3 (7%) (включая 1 случай поражения в бассейне левой задней МА, в нескольких бассейнах — у 4 (9%).

Была выявлена слабая прямая взаимосвязь длительности гипоксемии с SpO₂ <90% (r=0,327, p=0,035) и <85% (r=0,461, p=0,003) с уровнем BDNF в остром периоде ИИ. При этом уровень BDNF в остром периоде ИИ отрицательно коррелировал с минимальным значением сатурации (r=–0,328, p=0,034). Также было показано наличие слабой прямой взаимосвязи между уровнем BDNF в раннем восстановительном периоде ИИ и продолжительностью гипоксемии с SpO₂ <85% (r=–0,389, p=0,028).

Для оценки связи показателей дыхания во время сна и уровня BDNF в сыворотке крови был проведен регрессионный анализ, согласно результатам которого предикторами уровня BDNF являлись уровень минимальной сатурации и ИАГ на спине. Ввиду выраженной гетерогенности дисперсии остатков в данной модели был применен метод моделирования дисперсии. Формула финальной модели, из которой фактор ИАГ на спине был удален как незначимый, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Формула финальной модели.

SpO_2minimum — уровень минимальной сатурации, AHISUP — уровень апноэ-гипопноэ на спине.

В данной модели (см. рис. 1) и выступают ковариатами дисперсии, используется комбинированное моделирование дисперсии с экспоненциальной зависимостью от двух ковариат. Согласно модели, при увеличении минимальной сатурации на 1% уровень BDNF уменьшается на 0,51 нг/мл. На рис. 2 на цв. вклейке показана линия регрессии, для дополнительной информативности представлена ковариата ИАГ на спине. Оценки параметров регрессии представлены в таблице.

Рис. 2. Предсказанные значения уровня BDNF в зависимости от минимальной сатурации. ИАГ на спине представлен для дополнительной информативности (рис. 1).

Коэффициенты параметров регрессии, стандартные ошибки, значения LRT и уровни значимости p для модели (описывается формулой на рис. 1)

Примечание. p — уровень статистической значимости.

По результатам межгруппового анализа уровень BDNF во время первого визита был выше у лиц с легкой степенью выраженности симптомов инсульта по NIHSS, чем у больных со средней выраженностью (p=0,031; медиана BDNF в группе с легкой степенью тяжести ИИ равна 21 нг/мл (11;100); медиана BDNF в группе со средней степенью тяжести ИИ — 14 нг/мл (7; 74)).

С показателями выраженности нарушений дыхания во сне, такими как ИАГ и ИД, значимых связей выявлено не было.

Исключение пациентов с ВБС из общей выборки не привело к изменению результатов.

Проведенное исследование показало связь уровня BDNF в сыворотке крови у больных в остром и раннем восстановительном периодах ИИ и уровня ночной гипоксемии. Можно сделать вывод, что в ответ на снижение уровня поступления кислорода к клеткам головного мозга активируются нейротрофические процессы и повышается уровень BDNF.

В условиях нормобарической гипоксии отмечалось повышение уровня BDNF, при этом регистрировались сниженные результаты выполнения теста на исполнительные функции (тест Струпа) [6].

В другом исследовании приводятся сведения о снижении уровня BDNF через 2 нед ежедневного воздействия интермиттирующей нормобарической гипоксии у испытуемых по сравнению с контрольной группой [23].

Хотя некоторые исследования свидетельствуют о повышении уровня BDNF у лиц с нарушениями дыхания во сне [13], в нашей выборке показатели выраженности нарушений дыхания во сне (ИАГ и ИД) как возможной причины ночной гипоксемии оказались не связаны с уровнем BDNF. Необходимо учитывать, что у пациентов с ОНМК выраженность гипоксемии, зарегистрированной с помощью респираторного мониторинга, может быть связана не только с нарушениями дыхания во сне, но и с другими причинами (дыхательная недостаточность, сердечная недостаточность, дисфункция дыхательных мышц и др. [10]), хотя в наше исследование не включались пациенты с выраженной дыхательной и/или сердечной недостаточностью.

BDNF может выступать в качестве эндогенного фактора в постинсультном восстановлении ткани головного мозга. Роль BDNF в постинсультной реабилитации изучалась посредством стратегий, которые изменяют его продукцию. Так, снижение уровня BDNF или его активности после инсульта тормозит нейропластические изменения и функциональное восстановление в процессе постинсультной реабилитации, в то время как вмешательства, которые повышают продукцию BDNF, часто ассоциированы с лучшим восстановлением моторных и когнитивных функций после инсульта [5].

Современные исследования подтверждают, что уровень BDNF повышается в тканях, окружающих зону инфаркта, в течение 1-й недели после инсульта (острейший период) [9].

Нейротрофические факторы, в частности BDNF, и факторы роста обнаруживаются как в цереброспинальной жидкости, так и в периферической крови и слюне [24]. Так как BDNF может преодолевать гематоэнцефалический барьер в обоих направлениях, можно утверждать, что уровни циркулирующего BDNF коррелируют с концентрацией BDNF в ЦНС [6]. Оценка концентрации BDNF в сыворотке и плазме крови в качестве потенциального маркера состояния головного мозга использовалась в большом количестве исследований [4, 24, 25], но даже на данный момент достоверно неизвестно, насколько выражена эта корреляционная связь.

Белок BDNF может существовать в связанной и несвязанной формах. В плазме и сыворотке крови BDNF преимущественно присутствует в несвязанной форме, но также может быть связан с антителами и другими белками [26, 27]. В мозге BDNF обычно связан с рецепторами и другими белками, что позволяет ему осуществлять свои функции [26]. Связанная с другим белком форма BDNF — proBDNF, может приводить к снижению пластичности нейронов и ухудшению когнитивных функций [13]. Несвязанная форма BDNF, напротив, считается более активной и способствует росту и выживанию нейронов, а также улучшению когнитивных функций. В одном исследовании было показано, что уровень связанной формы BDNF был выше у детей с нарушениями дыхания во сне, включая СОАС и храп, чем у здоровых детей, и был связан с более низкими показателями когнитивных функций [13].

BDNF индуцирует каскад событий посредством тирозинкиназного рецептора B (TrkB), который может способствовать функциональной и структурной пластичности мозга [6]. К настоящему времени роль BDNF-TrkB-пути в опосредовании функциональной реабилитации и восстановления после инсульта изучена достаточно широко [4]. В одном из исследований сообщалось о корреляции восстановления моторных функций после курса физической реабилитации с повышенным уровнем экспрессии BDNF и TrkB [3].

В одном из недавних исследований было обнаружено, что гипоксия и воспаление снижают экспрессию BDNF в нейронах гиппокампа и астроцитах [28]. Однако они не влияли на экспрессию и фосфорилирование TrkB. Таким образом, предположительно, дисрегуляция BDNF/TrkB-пути может быть опосредована гипоксией в нейронах и астроцитах гиппокампа [28].

На данный момент определение роли BDNF при ишемическом и гипоксическом воздействиях затруднено, что связано с его высокой неспецифичностью и задействованием во многих биохимических путях. TrkB экспрессируется повсеместно в различных органах человеческого тела и выполняет другие важные физиологические роли, такие как регуляция метаболизма и энергетического гомеостаза [8]. Поэтому связывание с BDNF должно быть более специфичным для детального исследования гипоксического и ишемического эффектов [8].

При церебральном инсульте происходит локальная гипоксия участка мозговой ткани, однако за счет включения коллатерального кровообращения и ряда физиологических феноменов общий уровень сатурации меняется незначительно, поэтому уровень BDNF остается на прежнем уровне [29, 30]. С первых секунд церебрального инсульта запускаются процессы восстановления мозговой ткани (нейрогенез, синаптогенез и др.), и чем более выражен неврологический дефицит (а значит больше участок повреждения мозговой ткани), тем больше возрастает потребность в нейротрофических факторах роста. Это может объяснять более высокий уровень BDNF при инсультах с легким неврологическим дефицитом по сравнению с инсультами средней степени тяжести. Это дает основание предполагать, что уровень BDNF в сыворотке крови в остром периоде церебрального инсульта можно использовать как прогностический фактор для оценки уровня восстановления неврологических функций, однако это требует дальнейших исследований.

Таким образом, по результатам выполненного нами исследования у больных в остром и раннем восстановительном периодах ИИ уровень BDNF в сыворотке крови ассоциирован с уровнем ночной гипоксемии головного мозга, независимо от наличия нарушений дыхания во время сна, при этом при увеличении минимальной сатурации на 1% уровень BDNF уменьшается на 0,51 нг/мл.

Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ 21-75-10173.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.