Роль эндотелиальной дисфункции в патогенезе легочной гипертензии у детей

Роль эндотелиальной дисфункции в патогенезе легочной гипертензии у детей

Л.И. Агапитов, Ю.М. Белозеров, Ю.Л. Мизерницкий, Е.К. Иванина, В.И. Конно

Role of endothelial dysfunction in the pathogenesis of pulmonary hypertension in children

L.I. Agapitov, Yu.M. Belozerov, Yu.L. Mizernitsky, E.K. Ivanina, V.I. Konno

Московский НИИ педиатрии и детской хирургии Росмедтехнологий

Эндотелиальная дисфункция может играть важную роль в патогенезе легочной гипертензии у детей. В настоящее время выявление нарушения функции сосудистого эндотелия возможно как с помощью ультразвукового исследования высокого разрешения, так и лабораторным методом, основанным на определении плазменных концентраций индикаторов эндотели-альной дисфункции. В результате исследования установлена недостаточная эндотелийзависимая вазодилатация и повышение в плазме крови уровня эндотелина-1 и фактора Виллебранда у детей с легочной гипертензией. Определена взаимосвязь выраженности нарушения функции эндотелия и легочной гемодинамики.

Ключевые слова: дети, легочная гипертензия, эндотелиальная дисфункция, эндотелин, фактор Виллебранда.

Endothelial dysfunction may play an important role in the pathogenesis of pulmonary hypertension in children. At present, impaired vascular endothelial function can be detected by both high-resolution ultrasonography and a laboratory study based on the determination of the plasma concentrations of endothelial dysfunction indicators. The present investigation has established insufficient endothelium-dependent vasodilation and elevated plasma endothelin-1 and von Willebrand factor levels in children with pulmonary hypertension. A relationship has been ascertained between the severity of endothelial dysfunction and pulmonary hypertension.

Key words: children, pulmonary hypertension, endothelial dysfunction, endothelin, von Willebrand factor.

Повышение давления в малом круге кровообращения у детей наблюдается при многих заболеваниях сердечно-сосудистой и бронхолегочной систем [1]. До настоящего времени не сложилось единого взгляда на патогенез легочной гипертен-зии. Сегодня у большинства клиницистов не вызывает сомнений, что в ряду механизмов стойкого повышения давления в легочной артерии находится спазм легочных артериол [2]. Однако накапливается все больше данных о том, что одно из ключевых мест в развитии многих сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе и легочной гипертензии, занимают нарушения функции эндотелия [3, 4].

Вследствие повреждения или дисфункции сосудистого эндотелия легких у детей, чаще всего из-за хронической гипоксемии, развивается дисбаланс в продукции или метаболизме вазоактивных медиаторов, который приводит к вазоспазму и возникновению гипертензии в малом круге кровообращения [5, 6]. Подтверждение факта эндотелиальной дисфункции при первичных и вторичных формах легочной гипертензии у детей могло бы стать обоснованием новых терапевтических подходов. В настоящее время выявление нарушения функции

© Коллектив авторов, 2007

Ros Vestn Perinatal Pediat 2007; 5:37-42

Адрес для корреспонденции: 125412 Москва, ул. Талдомская, д. 2

сосудистого эндотелия возможно как с помощью ультразвукового исследования высокого разрешения, так и лабораторным методом.

Основной неинвазивной методикой, используемой для оценки сосудодвигательной функции эндотелия, является измерение реакции плечевой артерии на реактивную гиперемию. Физиологические исследования показали, что при изменениях скорости кровотока меняется просвет артерий: сосуды расширяются при увеличении кровотока и сужаются при его уменьшении [7]. Повышенный кровоток приводит к возникновению «напряжения сдвига» на эндотелий, который в норме ведет к увеличению содержания кальция в цитоплазме и выделению оксида азота, что вызывает расширение сосудов [8]. При эндотелиальной дисфункции в ответ на «напряжение сдвига» адекватной вазодилатации не происходит. Таким образом, метод механической стимуляции эндотелия периферических артерий повышенным кровотоком после артериальной окклюзии дает представление о состоянии эндотелийзависимой вазодилатации. Данный механизм стимуляции эндотелийзависи-мой вазодилатации лег в основу метода, применяемого в клинических исследованиях для оценки вазодилатирующей функции эндотелия [9].

Лабораторный метод основан на определении плазменных концентраций эндотелина-1 и факто-

ра Виллебранда [10, 11]. В экспериментах показано, что эндотелин-1 является самым мощным из известных в настоящее время вазоконстрикторных факторов [12]. Доказано, что сосудистый эндотелий является основным источником эндотелина-1 in vivo.

Фактор Виллебранда — сложный мультимер-ный адгезивный гликопротеин, синтезируемый эндотелиальными клетками. Функционально он является носителем-стабилизатором для проко-агулянтного протеина FVIII:C, который циркулирует в сыворотке крови в виде не ковалентно связанного комплекса и является белком адгезии в процессах гемостаза. Фактор Виллебранда связывает коллаген и, возможно, другие эндотелиаль-ные структуры и опосредует адгезию тромбоцитов к субэндотелию через связывание поверхностного рецептора тромбоцитов (гликопротеина Ib). Повышение активности фактора Виллебранда является индикатором повреждения эндотелия.

Целью исследования явилось изучение роли дисфункции эндотелия как интегрального компонента легочной гипертензии у пациентов с первичной легочной гипертензией, а также у больных с хронической бронхолегочной патологией и вторичной легочной гипертензией.

Характеристика детей и методы исследования

Обследованы 29 детей в возрасте 6—17 лет с легочной гипертензией: 7 детей с первичной легочной гипертензией (1-я группа) и 22 ребенка с гипертензией на фоне хронической бронхоле-гочной патологии — экзогенного аллергического альвеолита, тяжелой бронхиальной астмы (в меж-приступном периоде), пороков развития легких, бронхоэктатической болезни (2-я группа). Контрольную группу составили 17 детей в возрасте 7—17 лет без патологии сердечно-сосудистой и бронхолегочной систем.

Сосудодвигательную функцию эндотелия изучали на основе измерения реакции плечевой артерии на реактивную гиперемию с помощью ультра-

звукового аппарата «Toshiba SSA-550A» линейным датчиком 8 МГц. Плечевая артерия лоцировалась в продольном сечении на 2—15 см выше локтевого сгиба. Исследование выполняли в положении ребенка на спине после 10—15-минутного отдыха. Измеряли диаметр артерии — расстояние между противоположными стенками артерии (см. рисунок, а). Больному аускультативным способом измеряли артериальное давление. Затем в манжете на 5 мин нагнеталось давление, равное систолическому + 50 мм рт.ст. Отсутствие кровотока в плечевой артерии (фаза окклюзии) контролировалось с помощью цветного допплеровского картирования потока (см. рисунок, б).

Через 5 мин давление быстро сбрасывалось. Сразу же после выпуска воздуха из манжеты (фаза реактивной гиперемии) измеряли диаметр плечевой артерии (см. рисунок, в). Нормальной реакцией считали дилатацию плечевой артерии на фоне реактивной гиперемии более чем на 10% от исходного диаметра, меньшее ее значение или вазокон-стрикцию считали патологической реакцией.

Уровень эндотелина-1 в плазме больных определяли методом прямого иммуноферментного анализа с помощью набора реактивов Endothelin-1 enzyme-liked immunosorbent assay (ELISA, «Bio-medica medizinprodukte», Австрия), активность фактора Виллебранда в плазме детей — методом прямого иммуноферментного анализа (ELISA, «Axis-Shield», Великобритания).

С помощью допплер-эхокардиографии определяли среднее давление в легочной артерии и общее легочное сопротивление.

Математическая обработка материала проведена с помощью компьютерной программы SPSS-10 методом многомерного математического анализа, с вычислением математического ожидания (М), ошибки средней (m), достоверности средних величин по i-критерию Стьюдента. Корреляционный анализ количественных показателей проведен методом парных корреляций с определением коэффициента корреляции (r).

Рисунок. Ультразвуковая визуализация плечевой артерии исходно (а), в фазе окклюзии (б) и рективной гиперемии (в).

Таблица 1. Показатели легочной гемодинамики у пациентов с легочной гипертензией и детей контрольной группы

Показатель 1-я группа 2-я группа Контрольная группа

Среднее давление в легочной артерии, мм рт.ст. 54,7+5,3 26,8+0,6 12,4+0,4

Общее легочное сопротивление, дин-с-см-5 882,6+78,9 532,7+18,5 221,5+15,6

Примечание. Достоверность различий р<0,01 в сравнении 1-й и 2-й группы между собой и контролем.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Показатели легочной гемодинамики у пациентов и детей контрольной группы представлены в табл. 1.

Наибольшие значения среднего давления в легочной артерии и общего легочного сопротивления выявлены у пациентов с первичной легочной гипертензией. Показатели легочной гемодинамики у детей 1-й группы достоверно отличались от таковых у детей 2-й группы.

У детей контрольной группы ни в одном случае не было выявлено патологической реакции плечевой артерии на реактивную гиперемию. При этом относительное увеличение диаметра плечевой артерии на фоне реактивной гиперемии составило 13,4+0,4%.

При первичной легочной гипертензии у 5 из 7 больных выявлена эндотелийзависимая вазоди-латация менее 10% от исходного диаметра. Ни у одного из обследованных не было выявлено реактивной вазоконстрикции. Относительное увеличение диаметра плечевой артерии на фоне реактивной гиперемии составило в среднем 8,1+0,8%. Коэффициент корреляции увеличения диаметра плечевой артерии при реактивной гиперемии со средним давлением в легочной артерии составил —0,83; с общим легочным сопротивлением —0,79.

При легочной гипертензии на фоне хронической бронхолегочной патологии патологическая эндотелийзависимая вазодилатация была выявлена у 12 из 22 детей. Относительное увеличение диаметра плечевой артерии на фоне реактивной гиперемии составило в среднем 10,1+0,5%. Также установлена взаимосвязь эндотелийзависимой ва-зодилатации со степенью выраженности легочной гипертензии (/=—0,67). Коэффициент корреляции увеличения диаметра плечевой артерии при реак-

тивной гиперемии с общим легочным сопротивлением составил —0,62.

Показатели уровня эндотелина-1 и фактора Виллебранда у обследованных детей представлены в табл. 2.

По сравнению с группой контроля у детей с первичной легочной гипертензией определялось существенное повышение как концентрации эн-дотелина-1 в плазме, так и активности фактора Виллебранда. У детей с вторичными формами легочной гипертензии уровень эндотелина-1 и активность фактора Виллебранда в плазме крови превышали контрольные значения в меньшей степени, чем при первичной легочной гипертензии.

Установлена прямая зависимость между средним давлением в легочной артерии и уровнем эн-дотелина-1 — коэффициент корреляции 0,63 в 1-й группе и 0,73 во 2-й группе. Коэффициент корреляции между общим легочным сопротивлением и уровнем эндотелина-1 составил 0,68 и 0,79 соответственно.

Установлена тенденция к взаимосвязи среднего давления в легочной артерии и активности фактора Виллебранда: /=0,41 в 1-й группе и /=0,34 во 2-й группе. Коэффициент корреляции между общим легочным сопротивлением и активностью фактора Виллебранда у больных 1-й и 2-й групп составил 0,43 и 0,35 соответственно.

При сравнении эндотелийзависимой вазодила-тации с плазменной концентрацией фактора Вил-лебранда и эндотелина-1 выявлено, что последний отрицательно коррелировал со степенью увеличения диаметра плечевой артерии при реактивной гиперемии: /=—0,81 (1-я группа) и /=—0,85 (2-я группа). Выраженная положительная корреляция была выявлена между уровнем эндотелина-1 и ак-

Таблица 2. Уровень вазоактивных медиаторов у пациентов с легочной гипертензией и детей контрольной группы

Вазоактивный медиатор 1-я группа 2-я группа Контрольная группа Р1-К Р2-К Р1—2

Эндотелин-1, фмоль/мл 5,63+1,65 2,64+1,07 0,31+0,07 <0,01 <0,01 н.д.

Фактор Виллебранда, % 153,29+12,66 106,25+10,04 79,76+6,50 <0,01 н.д. <0,05

Примечание. н.д. — недостоверно.

тивностью фактора Виллебранда у детей 1-й группы (r=0,72) и умеренная — у пациентов 2-й группы (r=0,39).

ОБСУЖДЕНИЕ

Несмотря на многочисленные публикации, посвященные проблеме легочной гипертензии, вопрос о патогенезе данного заболевания остается открытым. Вместе с тем длительный период формирования патологии проходит скрыто от внимания врача, поэтому клиническая проблема состоит в разработке методов и технологий максимально раннего выявления и коррекции легочной гипер-тензии.

В настоящее время установлено, что эндотелий играет ключевую роль в контроле сосудистого тонуса, обеспечивая тонкую регуляцию просвета сосуда в зависимости от таких факторов, как скорость кровотока, давление на сосудистую стенку, метаболические потребности участка ткани, снабжаемого данным сосудом. Впервые о самостоятельной роли эндотелия в регуляции сосудистого тонуса было заявлено в статье R. Furchgott и J. Zawadzki, опубликованной в 1980 г. [13]. Авторы обнаружили способность изолированной артерии к самостоятельному изменению своего мышечного тонуса без участия центральных механизмов. Главная заслуга в этом отводилась эндотелиальным клеткам, которые были охарактеризованы как «сердечно-сосудистый эндокринный орган, осуществляющий связь в критических ситуациях между кровью и тканями». За последние 25 лет было доказано, что эндотелий — отнюдь не пассивный барьер с органами и тканями, а активный эндокринный орган, чья дисфункция является обязательным компонентом практически всех сердечно-сосудистых заболеваний, включая атеросклероз, гипертоническую болезнь, ишемическую болезнь сердца, хроническую сердечную недостаточность [14, 15]. В последние годы появились данные, свидетельствующие об участии эндотелия легочных сосудов в формировании легочной гипертензии у взрослых [16, 17].

В физиологических условиях эндотелий продуцирует ряд вазодилатирующих и вазоконстриктор-ных веществ, которые поддерживают необходимый уровень сосудистого тонуса. При длительном воздействии различных повреждающих факторов (гипоксия, интоксикация, гемодинамическая перегрузка и др.) постепенно развивается дисфункция эндотелия. В настоящее время под дисфункцией эндотелия понимают дисбаланс между медиаторами, обеспечивающими в норме оптимальное течение всех эндотелийзависимых процессов. Данный дисбаланс в продукции или метаболизме вазоак-

тивных медиаторов может играть одну из основных ролей в происхождении вазоспазма при легочной гипертензии [18].

Для изучения релаксационной функции эндотелия мы использовали неинвазивный метод определения эндотелийзависимой вазодилатации, основанный на том, что в норме опосредованная потоком дилатация составляет более 10% от исходного диаметра [9]. В нашей работе у детей контрольной группы мы подтвердили верность этого положения.

Данная методика определения состояния эндотелия с помощью ультразвука высокого разрешения была предложена в 1992 г. D. Celermajer и со-авт. [9]. Ультразвуковой тест основан на изучении реакции эндотелия (которая, главным образом, зависит от его способности вырабатывать окись азота) на физиологические стимулы. Исследование с помощью ультразвукового метода высокого разрешения является неинвазивным и достоверным. Результаты специального анализа, в котором оценивалась воспроизводимость этого метода, показали, что его чувствительность достаточна для достоверной регистрации изменения диаметра артерии уже на 0,1 мм. При этом выявлено, что в естественных условиях изменение вызванной потоком дилата-ции на протяжении длительного времени (около 4 мес) остается крайне незначительным (предельный коэффициент отклонения составляет 1,8%) [19].

Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о том, что уровень эндотелина-1 и активность фактора Виллебранда в крови являются патофизиологически, экспериментально и клинически верифицированными маркерами дисфункции эндотелия, позволяющими оценивать наличие и степень выраженности нарушения функционального состояния эндотелия при различных заболеваниях сердечно-сосудистой системы [10, 11]. В проведенном нами исследовании у детей с первичной легочной гипертензией и гипертензией при хронических бронхолегочных заболеваниях была обнаружена патологическая эндотелийзависимая вазодила-тация, т.е. нарушение релаксационной функции эндотелия. Также выявлена реакция индикаторов эндотелиальной дисфункции — значительное увеличение уровня фактора Виллебранда и эндоте-лина-1 в плазме крови, что говорит о нарушении адгезивной и вазоконстрикторной функции эндотелия при этой патологии.

Таким образом, показана важная патогенетическая роль нарушения функции эндотелия у детей с легочной гипертензией, независимо от ее происхождения. Вместе с тем установлено, что при первичной легочной гипертензии вазодилатационная функция эндотелия, а также его адгезивные и вазо-

констрикторные свойства нарушаются в большей степени по сравнению с гипертензией при хронической бронхолегочной патологии.

Выявленные корреляции свидетельствуют, что нарушение релаксационных свойств эндотелия у детей с легочной гипертензией сопровождается повышением его вазоконстрикторной функции. У детей с первичной легочной гипертензией повышение уровня эндотелина-1 сочетается с увеличением активности фактора Виллебранда. Учитывая достоверно бо льшую активность фактора Вилле-бранда у таких детей по сравнению с пациентами с вторичным повышением давления в легочной артерии, можно думать о существенном вкладе в формирование первичной легочной гипертензии патологии адгезии и агрегации тромбоцитов.

В ряде исследований установлено отсутствие положительной корреляции между маркерами дисфункции эндотелия и гемодинамическими индикаторами легочной гипертензии у взрослых пациентов с длительно существующим повышенным давлением в системе легочного круга кровообращения [20, 21]. Выявленная нами взаимосвязь выраженности легочной гипертензии с эндоте-лийзависимой вазодилатацией и плазменной концентрацией эндотелина-1 и фактора Виллебранда может свидетельствовать о ключевой роли эндоте-лиальной дисфункции в становлении заболевания у детей. По мере стабилизации легочной гипер-тензии ведущая роль патологии эндотелия, по-видимому, уступает свое место другим механизмам, таким как ремоделирование легочных сосудов, приводящим к стойкой вазоконстрикции.

Доказательство важной роли эндотелиальной дисфункции в патогенезе легочной гипертензии при хронической бронхолегочной патологии позволяет пролить свет на патогенез легочного сердца. С современных позиций формирование легочного сердца обусловлено легочной гипертензией в сочетании с гипертрофией, дилатацией правого желудочка, возникающими вследствие структурных и функциональных изменений в легких, нарушения функции эндотелия сосудов легких и нейрогумо-ральных расстройств при хронической гипоксии вследствие патологии органов дыхания [22].

ЛИТЕРАТУРА

1. Белозеров Ю.М. Легочная гипертензия. В кн.: Детская кардиология. М 2004; 350—395.

2. Беленков Ю.Н., Чазова И.Е. Первичная легочная гипертензия. Нолидж 1999; 144.

3. Lind L, Grantsam S., Millgard J. Endothelium—depen-dent vasodilation in hypertension. A review. Blood Pressure 2000; 9: 4—15.

4. Giaid A: Nitric oxide and endothelin-1 in pulmonary hypertension. Chest 1998; 114: 208—212.

При хронической бронхолегочной патологии по сравнению с первичной легочной гипертензи-ей нами установлена меньшая степень выраженности дисфункции эндотелия, что позволяет при использовании современной, патогенетически обоснованной терапии надеяться на обратимость эндотелиальной дисфункции у этих детей.

На основе полученных данных о патогенезе легочной гипертензии у взрослых для ее лечения уже начато использование таких препаратов, как бло-каторы рецепторов эндотелина [23]. Большие надежды связывают с внедрением в терапию легочной гипертензии ингибиторов ангиотензинпревра-щающего фермента, которые улучшают функцию эндотелия, потенцируют эндотелийзависимую ва-зодилатацию, дают антитромбоцитарный эффект, потенцируют эндогенный фибринолиз [24]. Внедрение этих терапевтических подходов, возможно, улучшит прогноз заболевания.

ВЫВОДЫ

1. Эндотелиальная дисфункция играет важную роль в патогенезе легочной гипертензии у детей, независимо от ее происхождения.

2. При первичной легочной гипертензии вазоди-латационная функция эндотелия, а также его адгезивные и вазоконстрикторные свойства нарушаются в большей степени, чем при гипертензии, сопровождающей хроническую брон-холегочную патологию.

3. Установлена обратная зависимость величины эндотелийзависимой вазодилатации от степени выраженности легочной гипертензии.

4. У детей с легочной гипертензией выявлено повышение плазменного уровня индикаторов дисфункции эндотелия — эндотелина-1 и фактора Виллебранда. При этом отмечен более высокий уровень указанных факторов при первичной легочной гипертензии по сравнению со вторичной. Установлена их положительная корреляция между собой и прямая зависимость от уровня среднего давления в легочной артерии и общего легочного сопротивления.

5. Агапитов Л.И, Белозеров Ю.М. Эндотелийзависимая вазодилатация у детей с легочной гипертензией. Всероссийский конгресс «Детская кардиология 2004»: Материалы. М 2004; 5.

6. Агапитов Л.И., Белозеров Ю.М. Эндотелин и фактор Виллебранда у детей с легочной гипертензией. Всероссийский конгресс «Детская кардиология 2006»: Материалы. М 2006; 151—152

7. Смиешко В., Хаютин В.М., Герова М. Чувствительность

малой артерии мышечного типа к скорости кровотока: реакция самоприспособления просвета артерии. Физиол журн СССР 1979; 65: 2: 291—298.

8. Lierberman E, Knab S., Creager M. Nitric oxide mediates the vasodilator responses to flow in humans. Circulation 1994; 90: 138.

9. Сelermajer D.S., Sorensen K..E, Gooch V.M. et al. Noninvasive detection of endothelial dysfunction in children and adults at risk of atherosclerosis. Lancet 1992; 7: 340: 8828: 1111—1115.

10. Mannucci P.M. Von Willebrand factor. A marcer of endothelial damage? Arteroscler Thromb Vasc Biol 1998; 18: 1359—1362.

11. Rubaniy G.M., Polokoff M.A. Endothelins: molecular biology, biochemistry, pharmacology, physiology, and pathophysiology. Pharmacol rew 1994; 46:325—415.

12. Патарая С.А. Преображенский Д.В., Сидоренко Б.А. Биохимия и физиология семейства эндотелинов Кардиология 2000; 6: 78—85.

13. Furchgott R..F., Zawadzki J.V. The obligatory role of endo-thelial cells in the relasation of arterial smooth muscle by acetylcholine. Nature 1980; 288: 373—376.

14. Gokce N, Vita J.A., Bader D.S. Effect of Exercise on Upper and Lower Extremity Endothelial Function in Patient with Coronary Artery Disease. Am J Cardiol 2002; 90, 2: 124—127.

15. Luscher T.F. (Endothelial dysfunction as a therapeutic target) The ENCORE trials European Heart J Supplements 2000; 2: Suppl D: D20—25.

16. Lopes A., Maeda N, Gongalves R., Bydlowski S. Endothelial Cell Dysfunction Correlates Differentially With Survival

in Primary and Secondary Pulmonary Hypertension. Am Heart J 2000; 139: 4: 618—623.

17. Jankov R.P., Luo X.P., Cabacungan J. et al. Endothelin-1 and O2 mediated pulmonary hypertension in neonatal rats: A role for products of lipid peroxidation. Pediat Res 2000; 48: 289—298.

18. Rubin L.J. Pathology and pathophysiology of primary pulmonary hypertension. Am J Cardiol 1995; 75: 51A—54A.

19. Sorensen K..E, Celermajer D.S., Spiegelhalter D.J. et al. Non-invasive measurement of human endothelium dependent arterial responses: accuracy and reproducibility. Br Heart J 1995; 74: 3: 247—253.

20 Bacakoglu F., Atasever A, Ozhan M. et al. Plasma and Bronchoalveolar Lavage Fluid Levels of Endothelin-1 in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease and Pulmonary Hypertension. Respiration 2003; 70: 594— 599.

21. Fujii T, Otsuka T, Tanaka S. et al. Plasma endothelin-1 level in chronic obstructive pulmonary disease: Relationship with natriuretic peptide. Respiration 1999; 66: 212— 219.

22. Хроническая обструктивная болезнь легких. Под редакцией А.Г. Чучалина М, 1998; 192-216.

23. Rubin L.J., Badesch D.B., Barst R.J. et al. Bosentan therapy for pulmonary arterial hypertension. N Engl J Med 2002; 364: 896—903.

24. Чазов Е.И., Беленков Ю.Н. Рациональная фармакотерапия сердечно-сосудистых заболеваний. Руководство. М: Литтерра 2004; 971.

Поступила 21.12.06