Reactions of systemic hemodynamics and heart rate variability in response to active orthostatic test in male Northerners with different NOS3 (rs2070744) genotypes

Full Text

Введение

Среди всех физиологических функций оксида азота (NO), известных до сих пор, NO-зависимая регуляция сосудистого тонуса является одной из наиболее важных. В физиологических условиях образование оксида азота регулируется посредством изменений в экспрессии или активности фермента эндотелиальной NO-синтазы (eNOS). NO, вырабатываемый в эндотелиальных клетках сосудов, проявляет сложную физиологическую активность, которая считается вазопротекторной , а также вносит значительный вклад в изменения регионарного кровотока в органах, например, в ответ на физическую нагрузку [1]. В сосудистой системе NO выполняет различные важные физиологические функции, такие как регуляция артериального давления, местная вазомоторная активность [1]. Ген эндотелиальной NO-синтазы NOS3 является высокополиморфным. Достаточно хорошо изучен SNP - полиморфизм -786 T>C (rs2070744) в промоторной области гена, который влияет на важные  функциональные характеристики сердечно-сосудистой системы [2].

Активная ортостатическая проба (АОП), являясь способом воздействия на венозный возврат крови к сердцу, позволяет изучать компенсаторные гемодинамические и вегетативные сдвиги и, тем самым, судить о функции системы кровообращения

Дизайн активной ортостатической пробы при которой обследуемый перемещает тело из положение лежа в положения стоя создает большую гемодинамическую нагрузку на сердечно-сосудистую систему [3]. У здоровых людей нейрогуморальные рефлекторные механизмы, в частности артериальный барорефлекс, поддерживают кровяное давление в положении стоя [4]. Гемодинамические реакции, вызванные АОП, обеспечивают простое средство оценки краткосрочной вегетативной функции сердечно-сосудистой системы. Активный ортостатический тест клинически используется для выявления неадекватной реакции симпатической нервной системы на ортостаз [5].

Считается, что спектральный анализ вариабельности сердечного ритма предоставляет важную информацию о симпатовагальных взаимодействиях и применяется для оценки вегетативной функции при проведении активной ортостатической пробы [6]. Сердечно-сосудистые реакции во время и после нагрузочного тестирования, такие как частота сердечных сокращений, артериальное давление предсказывают сердечно-сосудистое здоровье у лиц без явных сердечных заболеваний [7]. В регуляции сердечно-сосудистой реакции во время физической нагрузки участвуют несколько физиологических путей, включая вегетативную нервную систему, и вазоактивные вещества эндотелиального происхождения, но вклад генетических вариаций этих систем в межиндивидуальные реакции во время физических упражнений не так хорошо документирован [7].

Поскольку NO, синтезируемый eNOS, является одним из медиаторов вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы, кроме того ранее нами были выявлены различия в обеспечении вегетативной регуляции сердца в зависимости от наличия полиморфизма -786T>C (rs2070744) гена NOS3, можно было бы ожидать, что у них также наблюдается измененная вегетативная регуляция и характеристики гемодинамики при проведение активной ортостатической пробы.

Цель 

Изучение влияния генетического полиморфизма 786T>C (rs2070744) гена NOS3 на основные показатели системной гемодинамики и вариабельности ритма сердца при выполнении активной ортостатической пробы у мужчин-северян.

Материалы и Методы

Тип исследования (дизайн исследования). Проведено одноцентровое экспериментальное поперечное одновыборочное сравнительное исследование.

Способ отбора участников исследования. Для реализации поставленной цели в была сформирована выборка из 101 мужчины в возрасте от 21 до 47 лет (средний возраст – 33,5±1,5 лет) – постоянных жителей Магаданской области из числа европеоидов. Принадлежность к данному этносу оценивалась на основе самоидентификации. В силу того, что геногеографические паттерны полиморфизмов зависят от этнической принадлежности, включение в выборку преимущественно европеоидов является необходимым условием для проведения подобных исследований. Исследуемая выборка сформирована сплошным методом из числа жителей-северян, удовлетворяющих критериям включения. Критерии включения: 1) мужской пол, 2) условно здоровые, относящиеся к 1-2 группам здоровья, 3) неродственные мужчины, проживающие или рожденные на территории Магаданской области. Критерии исключения: 1) наличие подтвержденных хронических или инфекционных заболеваний, 2) наличие жалоб на состояние здоровья в период исследования, 3) отсутствие информированного согласия на участие в исследовании.

Методика проведения измерений. Анализ основных характеристик состояния сердечно-сосудистой системы: систолического (САД, мм рт. ст.) и диастолического (ДАД, мм рт. ст.) артериального давления, а также частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин) автоматическим тонометром Nessei DS-1862 (Япония). Из полученных показателей производили расчет индексов функционального состояния сердечно-сосудистой системы: общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС, дин² с см^-5) по формуле Пуайзеля; ударный объем (УОК, мл, по Старру), минутный объем  кровообращения (МОК, л/мин) [8].

Анализ основных показателей вариабельности сердечного ритма на основе методических рекомендаций группы Российских и иностранных экспертов с использованием прибора «Варикард» с дальнейшим анализом вариабельности сердечного ритма (ВСР) на основе программного обеспечения VARICARD-KARDi . В работе анализировались следующие показатели ВСР: ЧСС, уд./мин – частота сердечных сокращений; мода (Мo, мс) – наиболее часто встречающиеся значение R-R интервала; вариабельность кардиоритма – разность между его максимальным и минимальным значениям (MxDMn, мс); число пар кардиоинтервалов с разницей более 50 мс в % к общему числу кардиоинтервалов (pNN50, мс); квадратный корень из суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов (RMSSD, мс); стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов (SDNN, мс); амплитуда моды при ширине класса 50 мс (AMо50%, мс); индекс напряжения регуляторных систем (SI, усл. ед.); мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,4–0,15 гц (HF, мс2); мощность спектра низкочастотного компонента ВСР в диапазоне 0,15–0,04 гц (LF, мс2 ); мощность спектра очень низкочастотного компонента вариабельности ритма сердца в диапазоне 0,04–0,015 гц (VLF, мс2); TP, мс2 – суммарная мощность спектра временных значений R-R интервалов сердечного ритма учитывалась без ультранизкочастотных составляющих, определяемая как сумма сложения HF, мс2, LF мс2, VLF мс2.

Исследования проведены в осенне-зимний период 2022 года. В силу того, что на показатели ВСР оказывают влияние множество различных факторов (режим двигательной активности, пол, возраст, прием лекарственных средств, сопутствующие заболевания и пр.) особое и тщательное внимание было уделено формированию репрезентативных выборок. Обследование добровольцев проводили в помещении с комфортной температурой 19-21℃, в первой половине дня; все лица входящие в выборку были постоянными жителями области и характеризовались сопоставимыми условиями жизни, в том числе одинаковым режимом двигательной активности. У всех обследуемых было получено письменное информированное согласие до включения в исследование, а также проведено анкетирование, направленное на установление семейного анамнеза.  Обследуемые, принимавшие лекарства, которые могут изменять частоту сердечных сокращений, употреблявшие никотин, алкоголь или любые другие запрещенные вещества, имеющие в анамнезе диабет, гипертонию, заболевания щитовидной железы, любые сердечные расстройства, а также заболевания, потенциально связанные с вегетативными расстройствами были исключены из исследования. 

Для оценки кардиогемодинамического ответа на функциональную нагрузку использовалась активная ортостатическая проба. Во время выполнения активной ортостатической пробы испытуемый не менее 5 мин лежал на твердой кушетке (фон), затем по команде быстро вставал. Во время фона и ортостаза проводилась запись кардиоритма не менее 5 мин. При анализе показателей ВСР значения R-R интервалов за первую минуту (переходного процесса) исключались. Показатели артериального давления и расчетные гемодинамические индексы регистрировались на фоне (лежа) и после выполнения АОП (на первой минуте). Ортостатический ответ оценивали по степени реактивности в % от состояния покоя (лежа) основных анализируемых характеристик гемодинамики и вариабельности сердечного ритма.

Для проведения SNP-генотипирования у добровольцев брали кровь из локтевой вены  в пробирки с консервантом (ЭДТА) в лаборатории ООО «Юнилаб-Хабаровск». Экстракцию геномной ДНК осуществляли  с применением фенол-хлороформа. Для определения концентрации выделенной ДНК в образцах использовали спектрофотометр NanoDrop 2000c (Termo Scientific, USA). Последующее генотипирование -786 T>C (rs2070744) полиморфизма гена NOS3 методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени осуществляли на базе лаборатории Молекулярной генетики человека кафедры медико-биологических дисциплин НИУ БелГУ (руководитель – проф., д.м.н. М.И. Чурносов) с использованием набора реагентов “SNP-Скрин” (производства Синтол, Россия).

Способы представления и обработки данных. Результаты подвергнуты статистической обработке с применением пакета прикладных программ «Statistica 7.0». Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась на основе теста Шапиро - Уилка. Результаты непараметрических методов обработки представлены в виде медианы (Me) и межквартильный диапазон [Q125%; Q275%], а параметрических – как среднее значение и его ошибка (М±m). В случае сравнения связанных выборок статистическая значимость различий определялась с помощью t-критерия Стьюдента для зависимых выборок с нормальным распределением и непараметрического критерия Уилкоксона для выборок с распределением, отличающимся от нормального. При сравнении несвязанных выборок статистическая значимость различий определялась с помощью t-критерия Стьюдента для независимых выборок с параметрическим распределением и непараметрического критерия Манна – Уитни для выборок с распределением, отличающимся от нормального. При этом критический уровень статистической значимости (р) принимали равным 0,05, 0.01, 0.001. Частоты генотипов и аллелей рассчитывали с использованием онлайн-калькулятора равновесия Харди–Вайнберга, представленного на сайте medstatistic.ru. Сравнение частот генотипов осуществляли с применением критерия χ2 (Пирсона) (при p>0,05 равновесие выполняется).

Этические принципы. Протокол исследования был одобрен Локальным этическим комитетом Федерального государственного бюджетного учреждения науки Научно-исследовательского центра «Арктика» Дальневосточного отделения Российской академии наук (заключение № 002/021 от 26.11.2021 г.). В соответствии с законом о персональных данных данные были деперсонизированы.

Результаты

На основании молекулярно-генетического тестирования локуса -786Т>C (rs2070744) NOS3 популяции мужчин-северян было установлено следующее распределение генотипов: -786 ТТ – 40,78%, -786 ТС – 46,16% и -786 СС – 13,06%. Данное распределение соответствовало закону равновесия Харди – Вайнберга (χ2=0,01; р=0,94). В генофонде популяции жителей-северян в результате генотипирования были выявлены два аллельных варианта гена NOS3 (rs2070744): вариант NOS3*Т и аллель NOS3*С. Аллельный вариант NOS3*С являлся минорным и встречался с частотой 36,14%, как и гомозиготный генотип СС. Частота встречаемости аллельного варианта NOS3*Т преобладала и составила 63,86%.

Для последующего анализа мы разделили исследуемую когорту на 2 группы в соответствии с наличием в генотипе аллельного варианта NOS3*С: 1-я группа – гомозиготы ТТ (n=34) и 2-я группа – носители аллельного варианта NOS3*С с генетически обусловленной сниженной продукцией оксида азота эндотелием сосудов – генотипы ТС+СС (n=49).

В таблице 1 представлены основные показатели сердечно-сосудистой системы в состоянии покоя и при проведении АОП у мужчин-северян в выделенных группах. Следует отметить, что обследуемая выборка жителей-северян характеризуется более высокими показателями ОПСС, находящимися на верхней границе нормы как в состоянии покоя, так и после проведения функционального теста вне зависимости от генотипа, что может свидетельствовать о региональной особенности данного показателя обследуемых. Кроме того, две исследуемые группы значимо различаются практически по всем показателям системной гемодинамики (за исключением ЧСС), причем в группе 2 (гомозиготные и гетерозиготные носители аллеля NOS3*С) отмечаются значимо более высокие величины САД, ДАД, ОПСС с одновременно более низкими показателями УО и МОК как в состоянии покоя, так и после АОП.

Таблица 1 – Основные показатели гемодинамики в состоянии покоя и при выполнении активной ортостатической пробы (АОП) у мужчин-северян в выделенных группа, (М±m)

Table 1 – Main indicators of hemodynamics at rest and when performing an active orthostatic test (AOT) in Northern men in the selected groups, (M±m)

Анализируемые показатели	Выделенные группы		Уровень значимости различий
	Группа 1 (ТТ)	Группа 2 (ТС+СС)
	Фон
САД, мм рт.ст.	119,2±1,0	121,8±0,9	р=0.043
ДАД , мм рт.ст.	67,7±0,7	73,6±0,9	р=0.000
ЧСС, уд./мин	60,1±0,9	62,6±1,1	p=0.071
УО, мл	67,3±1,1	60,6±1,5	р=0.006
МОК, мл/мин	4071,9±96,4	3826,7±100,5	P=0.038
ОПСС, дин2 ∙с∙см-5	1870,2±55,6	2157,6±57,5	p=0.007
	АОП
САД, мм рт.ст.	125,5±1,6	130,4±1,4	р=0.028
ДАД , мм рт.ст.	76,8±0,7	84,4±0,9	р=0.000
ЧСС, уд./мин	72,0±1,2	73,7±1,3	p=0.350
УО, мл	61,6±1,1	53,6±1,4	р=0.000
МОК, мл/мин	4411,2±129,4	4005,0±142,8	р=0.033
ОПСС, дин2 ∙с∙см-5	1928,1±68,4	2317,4±74,9	р=0.008

В таблице 2 приведены основные статистические и спектрально-волновые характеристики показателей вариабельности сердечного ритма в состоянии покоя и при выполнении активной ортостатической пробы в двух группах обследуемых. Полученные данные свидетельствуют о значимом отличии двух обследованных групп мужчин-северян по всем показателям ВСР как в состоянии покоя, так и после активного ортостаза. При этом фоновые значения ВСР у мужчин первой группы (гомозиготы ТТ) свидетельствуют о большей парасимпатической активности ВНС (более высокие показатели мощности спектра (TP), которые обеспечиваются более высоким уровнем всех компонентов спектра (HF, LF и VLF) на фоне более высоких величин MxDMn RMSSD pNN50, SDNN, и напротив, более низкими показателями SI и AMo; все различия значимые).

Таблица 2 – Основные показатели вариабельности сердечного ритма в состоянии покоя и при выполнении активной ортостатической пробы (АОП) у мужчин-северян в выделенных группах, (Me [Q₁25%; Q₂75%])

Table 2 – Main indicators of heart rate variability at rest and when performing an active orthostatic test (AOT) in Northern men in the selected groups, (Me [Q₁25%; Q₂75%])

Анализируемые показатели	Выделенные группы		Уровень значимости различий
	Группа 1 (ТТ)	Группа 2 (ТС+СС)
	Фон
MxDMn, мс	341,6 [236, 0;485, 0]	273,0 [206, 3;346, 0]	p=0.000
RMSSD, мс	59,5 [32, 9;82, 8]	46,2 [26, 8;60, 0]	p=0.009
pNN50, %	29,8 [10, 7;51, 3]	21,6 [4, 0;35, 5]	p=0.006
SDNN, мс	65,6 [45, 4;93, 4]	47,9 [37, 7;63, 5]	p=0.000
Mo, мс	998,0 [916, 0;1091, 0]	953,0 [834, 0;1070, 8]	p=0.037
AMo50, мс	37,1 [26, 3;47, 8]	45,0 [35, 2;61, 0]	p=0.000
SI, усл. ед.	61,5 [27, 0;107, 1]	124,0 [52, 7;162, 7]	p=0.000
TP, мс2	3602,8 [1395, 5;5727, 7]	2249,4 [1018, 3;3109, 3]	p=0.000
HF, мс2	1317,0 [371, 4;2031, 7]	1030,2 [489, 2;1458, 2]	p=0.045
LF, мс2	1576,9 [649, 7;1955, 6]	782,4 [352, 8;944, 5]	p=0.000
VLF, мс2	784,2 [385, 6;928, 1]	455,5 [212, 8;611, 7]	p=0.000
АОП
MxDMn, мс	287,1 [230, 0;348, 0]	247,8 [203, 3;279, 5]	p=0.008
RMSSD, мс	30,7 [20, 7;37, 7]	26,1 [17, 9;30, 1]	p=0.044
pNN50, %	9,4 [2, 2;13, 9]	6,4 [0, 9;7, 2]	p=0.028
SDNN, мс	57,4 [45, 3;69, 3]	47,8 [37, 7;58, 3]	p=0.000
Mo, мс	788,8 [712, 0;874, 0]	777,7 [702, 5;841, 3]	p=0.681
AMo50, мс	43,4 [29, 2;45, 6]	50,7 [35, 8;64, 9]	p=0.033
SI, усл. ед.	161,1 [65, 5;196, 5]	173,4 [98, 7;220, 2]	p=0.702
TP, мс2	2962,3 [1557, 1;3730, 1]	1937,6 [834, 1;2646, 6]	p=0.000
HF, мс2	433,2 [158, 5;697, 4]	304,8 [92, 4;339, 2]	p=0.045
LF, мс2	1568,9 [756, 6;1945, 6]	1057,5 [393, 0;1358, 1]	p=0.000
VLF, мс2	960,2 [357, 3;1106, 8]	517,3 [265, 9;769, 5]	p=0.000

 

Нами был проанализирован ортостатический ответ, оцениваемый по степени реактивности в % от состояния покоя (лежа) основных анализируемых характеристик гемодинамики и вариабельности сердечного ритма (табл. 3).

Таблица 3 – Уровень значимости различий и степень реактивности основных показателей кардиогемодинамики фон-АОП у мужчин-северян в выделенных группах

Table 3 – Level of significance of differences and the degree of reactivity of main cardiohemodynamic indicators at baseline-AOT in Northern men in the selected groups

 

Анализируемые показатели	Выделенные группы
	Группа 1 (ТТ)		Группа 2 (ТС+СС)
	p	%	p	%
САД, мм рт.ст.	p=0.003	6%	p=0.002	7%
ДАД , мм рт.ст.	p=0.000	13%	p=0.000	15%
ЧСС, уд./мин	p=0.000	20%	p=0.000	17%
УО, мл	p=0.000	-10%	p=0.000	-12%
МОК, мл/мин	p=0.037	8%	p=0.231	-
ОПСС, дин2 ∙с∙см-5	p=0.650	-	p=0.044	+7%
MxDMn, мс	p=0.005	-16%	p=0.028	-9%
RMSSD, мс	p=0.000	-48%	p=0.000	-42%
pNN50, %	p=0.000	-69%	p=0.004	-70%
SDNN, мс	p=0.003	-13%	p=0.231	-
Mo, мс	p=0.000	-21%	p=0.000	-18%
AMo50, мс	p=0.140	-	p=0.23	-
SI, усл. ед.	p=0.004	162%	p=0.002	40%
TP, мс2	p=0.038	-18%	p=0.162	-
HF, мс2	p=0.000	-67%	p=0.000	-70%
LF, мс2	p=1.000	-	p=0.002	35%
VLF, мс2	p=0.033	22%	p=0.271	-

Полученные данные указывают на различные паттерны перестроек анализируемых показателей в зависимости от генотипа обследуемых лиц. Во-первых, в двух группах в ответ на ортостатические воздействия проявляются гипертензивные реакции, характеризующиеся значимым увеличением САД (6% в группе 1 (ТТ) и 7% в группе 2 (ТС+СС)), ДАД (13% в группе 1 (гомозиготы ТТ) и 15% в группе 2 (генотипы ТС+СС)) и ЧСС (20% в группе 1 (гомозиготы ТТ) и 17% в группе 2 (генотипы ТС+СС)). Во-вторых, важно отметить принципиально различный характер ответных реакций системной гемодинамики у представителей различных обследованных групп в условиях ортостаза. Так в ответ на АОП в группе 1 (гомозиготы ТТ) значимо возрастал показатель МОК на 8% на фоне отсутствия динамики относительно ОПСС, тогда как у носителей аллеля NOS3*С (группа 2) наблюдалось значимое увеличение ОПСС (на 7%) при неизменной величине МОК. 

Анализ показателей вариабельности сердечного ритма позволил установить, что в процессе выполнения АОП активность парасимпатического звена ВНС уменьшается у представителей двух групп, что проявляется статистически значимым снижением MxDMn (на 16% у ТТ и 9% у ТС+СС), RMSSD (на 48% у ТТ и 42% у ТС+СС), SDNN (на 13 % только в группе ТТ ), Mo (на 21% у ТТ и 18 % у ТС+СС). При этом в ответ на активный ортостаз было зафиксировано снижение TP лишь только в группе 1 (гомозиготы ТТ) на 18%, обусловленное разнонаправленной динамикой компонентов спектра, где на фоне снижения HF на 67% наблюдается значимое возрастание VLF-составляющей спектра на 22%. Тогда как в группе 2 (генотипы ТС+СС) выявлено уменьшение мощности дыхательных высокочастотных волн (HF) на 70% с одновременным увеличением низкочастотной составляющей кардиоритма (LF) на 35 %.

Необходимо указать на различную степень реактивности показателя SI в ответ на тестирующую нагрузку у представителей двух групп, величина которой составила 162 % в группе 1 (гомозиготы ТТ), тогда как в группе 2 (генотипы ТС+СС) лишь 40%.

Обсуждение

Вегетативная нервная система играет ключевую роль в гомеостазе артериального давления (АД). Учитывая, что АД в основном определяется минутным объемом кровообращения и системным сосудистым сопротивлением, как сердечная, так и сосудистая вегетативные регуляции имеют решающее значение для поддержания АД. Следовательно, было бы физиологически значимым измерять сердечные и сосудистые вегетативные реакции отдельно и одновременно во время функционального теста в виде активной ортостатической пробы [4]. Нарушение регуляции компенсаторных механизмов регуляции артериального давления при изменении положения тела является фенотипом вариабельности АД и возникающим фактором риска сердечно-сосудистых исходов [9]. Показано что, при высоких резервах организма изменения ЧСС являются ведущими механизмом в обеспечении адекватного уровня функционирования системы кровообращения, и в меньшей мере изменяется артериальное давление. [10]. Следует отметить, что ортостатическое повышение систолического АД ≥ 20 мм рт.ст., расцениваемое в данный момент как повышенная ортостатическая прессорная реакция, а также ортостатическая гипертензия, определяемая как повышенная реакция ортостатического давления, связанная с систолическим артериальным давлением не менее 140 мм рт. ст. в положении стоя [4] не была характерна представителям двух анализируемых групп . При этом распространенность прессорной реакции по САД было характерно для 14% обследуемых гомозигот с генотипом ТТ и 18% в группе 2 (генотипы ТС+СС), что значительно превышает аналогичную величину в исследованиях других авторов 0,6-1,2% [11], 0,74% [4], а ортостатическая гипертензия фиксировалась у 15% и 16% в группе 1 и 2 соответственно.

В последние годы ведутся активные дискуссии по поводу механизмов и особенностей формирования ответных реакций на АОП. Так в исследованиях Torres R.V., et al., 2017 [12] показано, что повышенная реакция АД при активном ортостазе имеет клиническое значение, поскольку может быть связана с субклиническими цереброваскулярными заболеваниями и заболеваниями периферических артерий, а также скрытой гипертензией и будущим развитием артериальной гипертензии [13]. В литературных источниках неоднозначно трактуется прогностическая значимость изменения артериального давления в ответ на изменение положения тела. Некоторые исследователи установили, что неблагоприятные последствия для здоровья наиболее выражены у лиц, у которых артериальное давление снижается при проведении АОП, результаты других же исследований свидетельствуют о том, что риск наиболее высок у лиц, у которых артериальное давление напротив – повышается в ответ на перемещение положения тела при АОП [4, 13, 14], кроме того имеются сведения, что у здоровых людей в ответ на ортостаз преобладает именно гипертонический тип реакции [15].

Следует отметить, что в наших исследованиях ортостатическая реакция САД на активный ортостаз, определяемая как разница между средним значением показателей САД в вертикальном положении и средним значением САД в положении лежа, в группе 1 (гомозиготы ТТ) составила 6,7 мм рт.ст, а в группе 2 (генотипы ТС+СС) – 8,6 мм рт.ст. Как известно увеличение артериального давления более чем на 5 мм рт. ст. при изменении положения тела является повышенным риском развития гипертонии в течение 8 лет, что характерно обследуемым двух анализируемых нами групп. Согласно Palatini P. et al., 2023 [11] реакция ДАД не имеет достаточной прогностической ценности, однако отчетливое повышение ДАД примерно на 10 мм рт. ст. при АОП считается нормальной реакцией [16, 17], что в полной мере соответствует результатам наших исследований полученных для представителей двух групп.

Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что у носителей аллельного варианта NOS3*С (группа 2) как в состоянии покоя, так и при проведении активной ортостатической пробы отмечены значимо более высокие показатели ОПСС с наличием значимой постуральной динамики данного показателя, отсутствующих группе 1 (гомозиготы ТТ). Важно отметить, что недостаточное увеличение периферического сопротивления в ответ на ортостатический стресс в группе 1 (гомозиготы ТТ) не приводит к венозному депонированию в нижних конечностях, что свидетельствует об отсутствии снижения венозного возврата к сердцу (МОК), и, по-видимому компенсируется за счет возрастания ЧСС (на 20%) и не столь значительным снижением УО (на 8%). Совершенно иной механизм ответных реакций на предъявление ортостатической нагрузки наблюдался в группе носителей аллельного варианта NOS3*С (группа 2). В данном случае было отмечено значительное снижение УО на 12%, при этом возрастание ЧСС на 1% видимо не компенсирует оптимальный уровень МОК, что наблюдается на фоне вазоконстрикторной реакции сосудистого сопротивления в виде увеличения ОПСС на 7%.

Изменение частоты сердечных сокращений после АОП незначительно и, по мнению ряда авторов [18-19] действует только дополнительно для поддержания оптимального уровня артериального давления. В наших исследованиях выявлены различные паттерны реагирования данного показателя: степень возрастания которого в группе 1 составила 20%, а в группе 2 – 17%.

Результаты нашего исследования свидетельствуют о влиянии аллельного варианта NOS3*С на позиционные изменения в перестройках показателей системной гемодинамики и вегетативного ответа в выборке мужчин-северян. Показано, что в группе 1 (гомозиготы ТТ) в ответ на АОП отмечалась умеренная гипертензивная реакция со стороны артериального давления на фоне большего возрастания ЧСС, что обусловило в свою очередь увеличение МОК. Совершенно иная − пародоксальная реакция − в ответ на активный ортостаз наблюдалась в группе носителей аллельного варианта NOS3*С (группа 2, обследуемые с генотипами ТС+СС), проявляющаяся вазоконстрикцией с одновременной умеренной гипертензивной перестройкой артериального давления. Проведенные исследования позволили установить, что присутствие аллельного варианта NOS3*С оказывает влияние на формирование периферической вазоконстрикции в ответ на активный ортостаз.

В целом, АОП клинически используется для выявления неадекватной реакции симпатической нервной системы на ортостаз [5]. При перемещении положения тела первоначальное падение артериального давления инициирует компенсаторный вегетативный ответ, направленный на быстрое восстановление артериального давления в ответ на изменение активности барорецепторов, который может быть связан с увеличением симпатической и снижением парасимпатической активности [9]. При этом во время пробы наблюдается торможение вагусной активности и умеренно активируется симпатическое звено вегетативной регуляции, что направлено на предупреждение возможности развития негативных процессов в гемодинамике и снижение вероятности возникновения ортостатического коллапса. Необходимо подчеркнуть, что достаточное снижение парасимпатического звена вегетативной регуляции в ответ на вертикализацию положения тела является необходимой составляющей, направленной на обеспечение относительного увеличения симпатической активации, так как при АОП афферентация от барорецепторных зон магистральных артерий уменьшается и снижается их ингибирующее влияние на вазомоторный центр ствола мозга, что приводит к увеличению симпатической активности и снижению эфферентного тонуса блуждающих нервов, при этом основной функцией симпатической нервной системы остается поддержание адекватного кровообращения [20].

Симпатическая активация, повышение систолического артериального давления в сочетании с парасимпатическим снижением (снижение ВСР) интерпретируется как “режим взаимной активации” и рассматривается как мобилизация ресурсов при тестирующем воздействии на организм [21].

В наших исследованиях отмечается различная степень перестроек как парасимпатической, так и симпатической активности у мужчин в двух выделенных группах. Независимо от носительства полиморфизма -786 T>C гена NOS3 следует отметить практически схожий паттерн реагирования частотных характеристик ВСР у обследуемых двух групп, проявляющийся значимым снижением MxDMn RMSSD pNN50 и Mo, а также спектральных показателей в виде уменьшения HF-составляющей общей вариабельности, наблюдаемой на фоне различной степени увеличения показателя SI, отражающий симпатический вегетативный сдвиг, который в большей степени характерен для обследуемых группы 1 (гомозиготы ТТ). В целом уменьшение парасимпатической активности во время активного ортостаза у обследуемых мужчин с учетом основных положений теории «акцентированного антагонизма» [22], направлено на обеспечение адекватного уровня симпатической активации для поддержания оптимального уровня кровообращения. Что в наших исследованиях в большей степени было характерно обследуемым группы 1 (гомозиготы ТТ), тогда как в выборке носителей полиморфизма NOS3*С (группа 2) некоторая симпатическая недостаточность при предъявлении ортостатической нагрузки обусловила незначительное компенсаторное возрастание ЧСС для увеличения МОК.

Оксид азота (NO), синтезируемый в эндотелии сосудов, является одним из медиаторов вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы. Это происходит потому, что NO действует не только аутокринно в эндотелии, но и паракринно, поскольку он диффундирует из эндотелия в близлежащие ткани, модулируя, например, периферические вегетативные рецепторы и центральные вегетативные нейроны . Кроме того, ген NOS3 конститутивно экспрессируется в синусовом узле и кардиомиоцитах, где он способствует автономной регуляции сердца. Следовательно, NO действует как симпатолитический агент, уменьшая центральный симпатический отток  и ослабляя сердечный ответ на симпатическую стимуляцию, а также увеличивая активность центральных нейронов блуждающего нерва и усиливая сердечный ответ на стимуляцию блуждающего нерва [23].

Следует указать на значимо более высокие величины VLF-волн в спектре вариабельности ритма сердца, как в положении лежа, так а на пике проведения АОП с наличием значимой динамики (на 22%) лишь в группе 1 (гомозиготы ТТ), что дает нам основание предположить о биомаркерной роли данного показателя эндотелиальной функции продукции окиси азота. Тогда как в группе 2 (носители аллельного варианта NOS3*С) было выявлено увеличение низкочастотной составляющей кардиоритма (LF) на 35%. Показано, что LF волны в спектре вариабельности ритма сердца в настоящее время рассматривается в виде активатора колебаний ритма артериального давления, реализуемого через барорефлекторные механизмы, которые возникают вследствие генерализованных вспышек симпатической вазомоторной активности подкоркового сосудистого центра [24], что в полной мере согласуется с вазоконстрикторной реакции в виде возрастания ОПСС у обследуемых группы 2. При этом следует отметить, что увеличение низкочастотной составляющей общей вариабельности ритма сердца некоторыми авторами рассматривается как парадоксальная реакция регуляторных систем на АОП и свидетельствует о сниженных резервах организма, а также вегетативной недостаточности [25].

Известно, что активность оксида азота и его уровень в плазме крови генетически детерминированы. Установлено, что носители хотя бы одного аллеля NOS3*С (rs2070744), имеют меньшее количество мРНК и сниженный уровень оксида азота в крови по сравнению с носителями предкового аллеля NOS3*Т (rs2070744) [26]. Из литературных данных известно, продукция вазоактивных эндотелиальных факторов играет важнейшую роль в механизмах формирования тонуса периферических сосудов. Ключевую роль в системе локальных вазодилататоров/вазоконстрикторов играет соотношение оксида азота (NO) к эндотелину-1 (ЭТ-1). Снижение продукции NO приводит к изменению реологических свойств крови, нарушению NO-зависимого расслабления артерий, провоцируя тем самым формирование периферической вазоконстрикции [27]. Острая физическая нагрузка повышает активность эндотелиальной синтазы оксида азота и выработку оксида азота, способствующие расширению сосудов скелетных мышц во время физической нагрузки [28].

Изучение взаимосвязи полиморфизма −786T>C гена NOS3, особенностей гемодинамики и уровня производных NO в крови при действии аэробной нагрузки показало, что у гомозигот ТТ наблюдается более высокий уровень NO в плазме крови в сравнении с лицами, имеющими генотип СС и гетерозиготами ТС [29]. Функциональные тесты увеличивают выработку, высвобождение и биодоступность NO, способствуя сохранению или снижению периферического сосудистого сопротивления, которое происходит во время и после физической нагрузки [30].

Анализ литературных данных позволяет сделать вывод о том, что механизм вазодилатации, опосредованной симпато-адреналовой системой, может быть частично обусловлен активацией продукции эндотелиальных сосудорасширяющих факторов, прежде всего NO. Данный эффект может реализовываться через различные подтипы адренорецепторов: альфа-2, бета-1, бета-2 и бета-3 адренорецепторы [31].

Результаты нашей работы в полной мере согласуются с представлениями об NO как второй после барорефлексов системы регуляторных механизмов [32] направленных на поддержание оптимального уровня артериального давления путем воздействия на систему сосудистого сопротивления, при этом NO-зависимая регуляция артериального тонуса за счет препятствия вазоконстрикции играет важную роль при проведении активной ортостатической пробы. 

Заключение

В выборке мужчин-северян мы исследовали взаимосвязь полиморфизма 786T>C (rs2070744) гена NOS3 и постурального изменения артериального давления, показателей гемодинамики, вариабельности сердечного ритма. Установлено, что паттерн перестроек, показателей гемодинамики и вариабельности сердечного ритма в ответ на активный ортостаз зависит от носительства полиморфизма 786T>C (rs2070744) гена NOS3. Наше исследование продемонстрировало, что вертикализация положения тела из положения лежа вызвала значимое возрастание средних величин САД, ДАД, ЧСС на фоне снижения УО в двух группах обследуемых мужчин, при этом значимые различия при дифференцировании выборки по генотипу позволили установить принципиальные отличия в постуральных перестройках, которые проявлялись увеличением МОК у мужчин группы 1 (гомозиготы ТТ), а в группе 2 (генотипы ТС+СС) значимым возрастанием ОПСС. Также необходимо отметить, что носители NOS3 C (группа 2) имели более выраженную степень реактивности САД, ДАД на фоне меньшего возрастания ЧСС, чем мужчины группы 1 (гомозиготы ТТ), у которых более высокая степень увеличения ЧСС была направлена на более значимое увеличение МОК. Также, полученные в наших исследованиях результаты свидетельствуют об отсутствии ортостатическая прессорной реакции (ортостатической гипертензии) у обследуемых двух групп на фоне выявления ортостатической дисрегуляции артериального давления, проявляющейся в возрастании САД на 6,7 мм рт.ст в группе 1 (гомозиготы ТТ) и на 8,6 мм рт.ст в группе 2 (генотипы ТС+СС).

В целом у всех обследуемых нами мужчин 1 группы (генотип ТТ) в момент проведения активного ортостаза был выявлено достаточное снижение холинергической HF-составляющей сердечного ритма, позволяющее усилить активность симпатической системы, но при этом в группе 2 (генотипы ТС+СС) на фоне аналогичного снижения парасимпатической активации, симпатическая активность была выражена в меньшей степени (увеличение SI на 40% против 162 % в группе 1), что свидетельствует о симпатической недостаточность при предъявлении ортостатической нагрузки, что, в свою очередь, обусловливает незначительное компенсаторной возрастание ЧСС для увеличения МОК.

При этом в ответ на АОП снижение TP было характерно лишь мужчинам  группы 1 (гомозиготы ТТ) (на 18%), что было обусловлено разнонаправленной динамикой компонентов спектра, где на фоне снижения HF (на 67%) было отмечено значимое возрастание VLF-составляющей спектра на 22%, что подтверждает наше предположение о неинвазивной биомаркерной функции данного показателя эндотелиальной функции продукции NO. Тогда как в группе 2 на фоне уменьшение мощности дыхательных высокочастотных волн (HF) было зафиксировано увеличение низкочастотной составляющей кардиоритма (LF) на 35 %, что на фоне возрастания ОПСС в ответ на ортостатическое тестирование подтверждает роль данного показателя как активатора колебаний ритма артериального давления, реализуемого через барорефлекторные механизмы.

Таким образом, полученные в нашем исследовании результаты выявили влияние экспрессии гена NOS3 на показатели кардиогемодинамики. Кроме того, SNP-генотипирование полиморфизма 786T>C (rs2070744) гена NOS3 является достаточно информативным, а носительство данного полиморфизма можно рассматривать в качестве типизационного маркера при оценке состояния кардиогемодинамики и вегетативных перестроек при проведении функциональных тестов, в частности активной ортостатической пробы.

 

About the authors

Irina Bezmenova

Scientific Research Center “Arktika”, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences (SRC “Arktika” FEB RAS)

Author for correspondence.
Email: lependina_bel@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3251-5159
SPIN-code: 9123-7361
Scopus Author ID: 24171276000
ResearcherId: ABB-8682-2021

Researcher at the Laboratory for Physiology of Extreme States, SRC “Arktika” FEB RAS

Russian Federation, 24 avenue Karl Marx, Magadan, 685000, Russia

Inessa Vladislavovna Averyanova

Scientific Research Center “Arktika”, Fareastern Branch of the Russian Academy of Sciences (SRC “Arktika” FEB RAS)

Email: Inessa1382@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4511-6782
SPIN-code: 9402-0363
Scopus Author ID: 57009034300
ResearcherId: AAR-9371-2020

Biological Doctor, Head Researcher, Leading Researcher, Laboratory for Physiology of Extreme States SRC “Arktika” FEB RAS

Russian Federation, 24 avenue Karl Marx, Magadan, 685000, Russia

References

Supplementary files