Анализ роли нейроспецифических белков в диагностике когнитивной дисфункции у пациентов с сахарным диабетом 1 типа

В настоящее время наблюдается неуклонный рост заболеваемости сахарным диабетом (СД) во всем мире, достигающий масштабов эпидемии неинфекционного характера. Анализ данных Государственного регистра больных сахарным диабетом показал, что распространенность СД 1 типа (СД1) в Российской Федерации за последние 10 лет у детей выросла на 35,7% (с 59,4 до 80,6 на 100 тыс. детского населения); у подростков – на 68,9% (с 108,5 до 183,5 на 100 тыс. подросткового населения), у взрослых – на 2,36% (с 224,5 до 229,8 на 100 тыс. взрослого населения) [1].

Одной из «мишеней» влияния гипергликемии, уже на ранних этапах развития заболевания, является центральная нервная система, проявляясь клинически когнитивной дисфункцией, которая, в свою очередь, снижает комплаентность при выполнении врачебных рекомендаций и качество жизни пациентов с СД1 [2]. Исследования изменений высших мозговых функций при СД проводились учеными разных стран, но при этом не было принято ни одной общей концепции, описывающей данные нарушения. Так, в Международной классификации болезней нет отражения нарушений функций головного мозга при СД. Тем не менее, попытки описать изменения с помощью медицинской терминологии были предприняты. R. DeJong в 1950 г. был введен термин «диабетическая энцефалопатия» (ДЭ) [3]. По данным F. Trudeau, S. Gagnon, G. Massicotte, под ДЭ понимали стойкую церебральную патологию, возникающую под воздействием острых, подострых и хронических диабетических обменных и сосудистых нарушений, клинически проявляющихся неврозоподобными и психоподобными дефектами, органической неврологической и вегетативной симптоматикой, включая в себя характерные биохимические, электрофизиологические и морфологические изменения [4]. 

Для оценки общей выраженности когнитивной дисфункции в последнее время широко используется исследователями при различных нозологических формах Монреальская шкала оценки когнитивных функций (МоСа тест), которая была разработана как инструмент быстрой оценки дисфункции различных когнитивных сфер. Однако в оценке результатов данного теста нельзя исключить субъективный фактор и возможность получения как ложноположительных, так и ложноотрицательных результатов [5].

Учитывая определенный субъективизм нейропсихологического тестирования, ученые различных стран ведут поиск нейроспецифических маркеров повреждения вещества головного мозга. К настоящему времени известны неспецифические биохимические показатели, указывающие на повреждение головного мозга различной этиологии, – это нейроспецифические белки, которые изменяются количественно при различных травматических, онкологических и метаболических заболеваниях и могут быть маркерами как при кетоацидотическом отеке мозга, так и при гипогликемических состояниях [6, 7, 8]. Среди них наиболее изученными являются: глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP) и белок S100 – маркеры гибели астроцитов, а также основной белок миелина (МВР) – индикатор повреждения олигодендроцитов [9, 10, 11]. Повышение нейроспецифических белков в крови указывает на повреждение нервной ткани и позволяет дать прижизненную оценку состояния центральной нервной системы и изучить динамику нейродегенеративных процессов. Морфологическим субстратом когнитивных нарушений может быть церебральная атрофия, отдельные и множественные очаги пониженной плотности в коре полушарий и подкорковых субстанциях в сочетании с расширением ликворопроводящих путей [12, 13]. 

Цель

Целью нашей работы было определение роли нейроспецифических маркеров повреждения вещества головного мозга в диагностике когнитивной дисфункции у пациентов с СД1.

Материалы и методы 

Было обследовано 58 пациентов с СД1, в возрасте 22,45 ± 4,62 лет, 29 мужчин и 29 женщин, длительность заболевания составила 6,6±3,95 лет. В группу контроля вошли 29 здоровых людей, сопоставимого возраста (22,37±4,72 года), из них 14 мужчин и 15 женщин, без хронических и острых заболеваний (табл. 1). 56,9% пациентов с СД1 являлись школьниками старших классов или студентами, 43,1% – работающими.

Протокол исследования одобрен Комитетом по этике ГБОУ ВПО СибГМУ Минздрава России. Все пациенты подписывали информированное добровольное согласие на участие в исследовании.

Критериями включения были: СД1, наличие подписанного информированного согласия пациента для участия в исследовании, возраст 16–30 лет. В исследование включались только те пациенты, у которых были исключены гипогликемические и кетоацидотические комы за последние 2 месяца, отсутствовали нейроинфекции и перинатальное поражение центральной нервной системы в анамнезе, гематологические, онкологические, серьезные инфекционные и травматические забо­ле­вания.

Всем пациентам проводили объективный осмотр с подробным анализом анамнеза. Диагноз СД1 верифицировался с учетом рекомендаций 6-го выпуска «Алгоритмов специализированной медицинской помощи больным сахарным диабетом», оценка целевых значений показателей углеводного обмена индивидуализированна по возрасту [14]. В связи с этим, пациенты были разделены на 2 группы. Первую группу составили 12 подростков в возрасте 16–18 лет, 2-ю – 46 взрослых лиц в возрасте 19–30 лет. Анализ показателей гликированного гемоглобина (HbA1c) показал, что 50% подростков и 94,6% взрослых не достигали целевых значений углеводного обмена (табл. 2).

Глюкозу плазмы крови исследовали с помощью биохимического анализатора Hitachi 912 (Hoffmann La Roche Ltd/Roche Diagnostics GmbH). Уровень HbA1c оценивали методом жидкостной хроматографии на анализаторе гликированного гемоглобина DS5 Glycomat (фирма Drew Scientific, Нидерланды). Кроме того, проводилось непрерывное мониторирование гликемии с использованием iPro 2 (Medtronic) и CGMS, у пациентов с помпами Veo и Paradigm 722, программное обеспечение ComLink.

Все пациенты были проконсультированы неврологом. Неврологическое тестирование проводили с помощью Монреальской шкалы (MoСа тест), которая была разработана для быстрого скрининга легких и умеренных когнитивных нарушений, оценивающей различные когнитивные функции: зрительно-пространственное восприятие (тест рисования часов и куба), исполнительные функции (задание по созданию альтернирующего пути и проверки способности к абстрактному мышлению), внимание, концентрацию и оперативную память (серийное вычитание по 7 и воспроизведение цифрового ряда в прямом и обратном порядках). Речевые функции оценивались с помощью задания по определению изображенных животных, повторению 2 синтаксически сложных предложений и теста на беглость речи, оценивающего также исполнительные функции [15]. 

Для анализа количественного содержания протеина S100 использовался тест (COBAS, Roche Elecsys 1010). Определение глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) проводили с помощью иммуноферментного анализа по стандартному протоколу с использованием набора реактивов фирмы-производителя (Human Fas ELISA, Bender MedSystems GmbH, Vienna, Austria). Уровень основного белка миелина (MBP) был изучен с применением набора Roche (США). 

В комплекс обязательных методов диагностики входила МРТ головного мозга на аппарате Siеmens Magnetom 1,0 Tл (Лечебно-диагностический центр Международного института биологических систем), проводимая по стандартной методике в аксиальной, сагиттальной и корональной проекциях с использованием Т2, Т1 ВИ, с применением программ FLAIR.

Полученные результаты были обработаны с помощью программного обеспечения Microsoft Excel 2010 и IBM SPSS Statistics 21.0. Для описания количественных показателей использовано арифметическое среднее (m) и стандартное отклонение (SD). Для оценки уровня значимости различий независимых выборок по количественным показателям с ненормальным распределением использованы критерии Манна-Уитни (коэффициент U) и Колмогорова-Смирнова (коэффициент Z), с нормальным распределением – Т-критерий Стьюдента. Проверку на нормальность распределения количественных показателей в выборках осуществляли с использованием MoCA-теста. Для оценки взаимосвязи показателей между группами проводили корреляционный анализ с расчетом коэффициента корреляции Спирмена (r). При корреляционном анализе связь между показателями оценивали как сильную при абсолютном значении коэффициента корреляции Спирмена r>0,70, имеющую среднюю силу – при r от 0,69 до 0,30 и слабую – при r<0,29. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимался равным р<0,05 [16].

Результаты 

Анализ показателей углеводного обмена показал, что средний уровень HbA1c у больных СД1 был 8,84±1,833%, гликемии натощак соответствовал уровень 11,52±4,957 ммоль/л, таким образом, пациенты имели неудовлетворительный метаболический контроль и не достигли целевых значений контроля углеводного обмена, который для подростков составлял менее 7,5%, а для пациентов в возрасте 19–30 лет – менее 6,5% при отсутствии тяжелых осложнений и риска тяжелых гипогликемий, и менее 7% – при их наличии. Среди осложнений СД1 чаще всего регистрировалась диабетическая ретинопатия – в 82,8% (48) (при этом в 74,1% (43) – непролиферативная стадия, 6,9% (4) – препролиферативная стадия и 1,7% (1) – пролиферативная); диабетическая нейропатия регистрировалась в 72,4% (42) случаев (при этом у 55,2% (32) – сенсомоторная форма, а у 17,2% (10) больных – автономная по типу бессимптомных гипогликемий). Диабетическая нефропатия была верифицирована у 37,9% (22) пациентов, причем стадия микроальбуминурии встречалась у 34,5% (20) обследованных, протеинурии – у 3,4% (2) больных.

Анализ результатов МоСа теста показал, что пациенты с СД1 имели нарушение когнитивных функций (суммарная оценка 25 баллов) в 72,2% случаев, в то время как в контрольной группе когнитивные функции были в норме в 98% случаев (суммарная оценка 30 баллов). При оценке заданий MoСa теста регистрировалось статистически значимое снижение параметров, определяющих кратковременную память и внимание у пациентов с СД1 по сравнению с контрольной группой (табл. 3). 

В результате исследования было выявлено значимое повышение всех исследуемых нейроспецифических белков: S100, основного белка миелина и глиального фибриллярного кислого белка в группе пациентов с СД1 по сравнению с контрольной группой (p<0,001) (табл. 4). Кроме того, оказалось, что у женщин уровень глиального фибриллярного кислого белка был значительно ниже, чем у мужчин (U=643,000, z=-2,418, p<0,05).

МРТ-исследование головного мозга выявило косвенные признаки атрофии серого вещества лобных и частично теменных долей, которая проявлялась арахноидальными изменениями ликворокистозного характера – 93,1% и расширением конвекситальных ликворных пространств – 72,4%. Анализ томограмм показал, что атрофии белого вещества мозга выявлено не было, но обнаружено наличие участков глиоза в 15,5% случаев и очагов лейкоареоза в 19%. 

Обсуждение

В качестве объективных диагностических биомаркеров когнитивной дисфункции были исследованы нейроспецифические белки, которые оказались повышены у пациентов с СД1, указывая на микроструктурное повреждение головного мозга. Кроме того, было выявлено, что пациенты с неудовлетворительным контролем углеводного обмена имели более высокие уровни белка S100; положительная корреляционная связь S100 с уровнем HbA1c и гликемии натощак представлена на рис. 1, 2 (p<0,05), доказывая роль хронической гипергликемии в процессах апоптоза клеток нервной ткани. В исследовании же Strachan M.W. и соавт. была определена обратная закономерность, когда концентрация S100 была значительно повышена у пациентов, которые умерли вследствие эпизодов гипогликемии [17]. Тем не менее, оба этих процесса в большей или меньшей степени опосредуют разрушение ткани головного мозга.

В отечественной и зарубежной литературе не изучали взаимосвязи основного белка миелина и показателей углеводного обмена у пациентов с СД1. В настоящем исследовании нами выявлена положительная корреляционная связь основного белка миелина с уровнем HbA1c, и гликемии натощак (p<0,05) (рис. 3, 4). 

В проведенном исследовании выявлена положительная корреляционная связь параметров углеводного обмена с уровнем глиального фибриллярного кислого белка (p<0,05), что свидетельствует о влиянии гипергликемии на механизмы апоптоза астроцитов (рис. 5, 6). Мнения ученых относительно взаимоотношения глиального фибриллярного кислого белка и параметров углеводного метаболизма разошлись. Так, в исследованиях Coleman E. и соавт. показано, что в эксперименте происходило достоверное увеличение уровня GFAP в гиппокампе, мозжечке и белом веществе у крыс с индуцированным СД1 [18]. 

Повышение нейроспецифических белков у пациентов с СД1 само по себе еще не дает право считать именно их маркерами когнитивной дисфункции. Поэтому был проведен анализ связи протеинов и показателей психоневрологического опросника когнитивной функции ЦНС МоСа теста, по данным которого было зарегистрировано, что уровень белка S100 имел отрицательную корреляционную связь с параметрами MoCа теста: память (r=-0,617, p<0,05). Таким образом, данный протеин, вероятно, может рассматриваться как индикатор снижения функции памяти (рис. 7).

Для оценки структурных изменений головного мозга проводилась его МРТ. В результате исследования были найдены признаки атрофии головного мозга, а именно арахноидальные изменения ликворокистозного характера и расширение конвекситальных ликворных пространств, что соотносится с литературными данными. Так, в литературе описываются случаи атрофии серого вещества головного мозга как при декомпенсированном кетоацидозе, так и при повышении HbA1c, которые выявлялись преимущественно в лобных долях и центральных областях теменных долей, которые были связаны с когнитивной дисфункцией [19]. Результаты полученных нами данных сопоставимы с приведенными данными, так как расширение конвекситальных пространств было более значимо выражено у пациентов с высоким уровнем HbA1c (x2=16,276, p=0,039) и гликемией натощак (x2=27,620, p=0,024). У этих же пациентов корреляционный анализ исследования выявил наличие когнитивной дисфункции и снижение памяти (x2=12,872, p=0,025) и внимания (x2=6,820, p=0,033) по МоСа тесту. В исследованиях Ineke Brands было отмечено, что атрофия вещества головного мозга была значительно меньше выражена у пациентов, получающих инсулин в помповом режиме и имеющих удовлетворительный гликемический контроль [11]. В проводимом исследовании таких закономерностей выявлено не было.

Согласно исследованиям голландских ученых, пациенты с диабетической ретинопатией имели значительно меньший объем белого вещества, который был связан с нарушением когнитивной функции, что, возможно, было частично опосредовано повреждением мелких сосудов [20]. В представленном исследовании повреждение белого вещества, а именно наличие дисциркуляторных очагов коррелировало с развитием пролиферативной ретинопатии у пациентов с СД1 (x2=9,124, p=0,028). У всех пациентов с очаговыми изменениями белого вещества было отмечено снижение общей суммы баллов по МоСа тесту (x2=4,539, p=0,033). 

Заключение 

Одной из основных причин когнитивной дисфункции по данным исследования является хроническая гипергликемия. Большинство показателей шкалы MoCa теста, определяющие когнитивную дисфункцию, были снижены у пациентов с СД1, а именно в заданиях на функции память и внимание. У пациентов с СД1 выявлен высокий уровень достоверной значимости различий по уровню нейроспецифических белков, который коррелировал с декомпенсацией углеводного обмена и наличием когнитивного дефицита. У пациентов с СД1 с небольшой длительностью заболевания, находящихся в состоянии хронической гипергликемии, были выявлены изменения в МРТ-картине головного мозга. Наиболее частым морфологическим изменением со стороны центральной нервной системы было наличие признаков атрофии серого вещества лобных и теменных долей, коррелирующее с гипергликемией и когнитивной дисфункцией. Кроме того, анализ МРТ-картины головного мозга показал наличие поражения белого вещества головного мозга, а именно мелких очагов дисциркуляторного характера и небольших проявлений лейкоареоза, сочетающееся как с когнитивными нарушениями, так и с микрососудистыми изменениями.

Информация о спонсорах и конфликте интересов

Работа выполнена при финансовой поддержке ГБОУ ВПО "СибГМУ" Минздрава России и ООО "ЛДЦ Международный институт биологических систем".

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с проведением исследования и публикацией настоящей статьи.