Pathogenetic features of systemic hypoxia in patients with chronic kidney disease stage 5d-on hemodialysis


DOI: https://dx.doi.org/10.18565/nephrology.2019.1.42-47

N.B. Bondarenko, M.M. Batyushin, M.Z. Gasanov, I.V. Sarvilina, O.V. Golubeva

1) Rostov State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation; Department of Internal Diseases № 2, Nephrological Department of the Clinic; Rostov-on-Don, Russia; 2) Rostov State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation; Department of Internal Diseases № 1, Nephrological Department of the Clinic; Rostov-on-Don, Russia; 3) Medical Center "Novomedicina"; Rostov-on-Don, Russia; 4) OOO “Hemodialysis Center “Rostov”; Rostov-on-Don, Russia
Objective. Evaluation of the role of Hypoxia-inducible factor (HIF-1α) in the development of anemia in patients with chronic kidney disease (CKD) stage 5D on programmed hemodialysis.
Material and methods. Eighty patients with CKD 5D on programmed hemodialysis were examined. The study group was represented by 47 men and 33 women, mean age was 51.7±11.6 years, the duration of history of dialysis was 33.5 (19.7–58.25) months. Clinical examination included the assessment of patient complaints, anthropometric examination, and bioimpedancemetry. The HIF-1α level was determined by the quantitative enzyme immunoassay once for all patients of the study group using the Hypoxia-inducible factor (HIF-1α) ELISA Kit (USA).
Results. The blood HIF-1α concentration in patients of the study group ranged from 0.16 to 0.27 ng/ml (K-S Index =0.26; P<0.01; Lilliefors P<0.01), the median was 0.17 (0.16; 0.21) ng/ml. There was no independent contribution of anemia to the development of systemic hypoxia: the groups did not significantly differ in hemoglobin levels, and the correlation with the HIF level was not statistically significant within groups (P>0.05). Target hemoglobin levels were achieved by 34/42 (80.95%) and 32/38 (84.2%) patients; in the group with elevated HIF-1α, however, moderate-to-severe anemia was significantly frequent: in 4/42 (10%) and 1/38 (3%) patients, respectively. All patients had an elevated β2-microglobulin level, and there was a weak correlation with the HIF-1α index
(r=-0.26; P<0.05), which was confirmed by the difference in the mean values of this index in the groups (24.9±5, 98; 27.61±5.44; P=0.041).
Conclusion. The absence of a significant effect of anemia on the HIF-1α level may be associated with different durations of CKD history, previous therapy with erythropoiesis-stimulating agents, and disorders of ferrokinetics.

Введение

Для поддержания биологического гомеостаза необходимы условия надлежащего снабжения тканей кислородом. Баланс между потреблением и доставкой кислорода особенно важен для почек, которые всегда находятся в активном метаболическом состоянии.

Было установлено, что при хронической болезни почек (ХБП) гипоксия носит многофакторный характер, в т.ч. за счет повышенной потребности в кислороде, нарушения микроциркуляции, сосудистого ремоделирования, нарушения диффузии кислорода вследствие его накопления в экстрацеллюлярном матриксе и нарушения работы митохондрий [1]. В терминальной стадии ХБП хроническое воспаление, уремическая интоксикация и анемия создают условия для более тяжелого течения патологического процесса и поддерживают гипоксию [2]. В развитии анемии также имеет значение острая и хроническая кровопотеря, дефицит макро- и микронутриентов, но патогенетически наибольшую роль играет сниженная продукция эритропоэтина перитубулярными фибробластами.

В условиях низкой напряженности кислорода в крови синтезируются факторы транскрипции, называемые гипоксией индуцируемые факторы (hypoxia inductor factors – HIF′s), играющие важную роль в репаративных реакциях, кислородно-чувствительном механизме, обмене и утилизации железа. HIF относится к транскрипционным факторам и состоит из двух субъединиц: одной альфа- (HIFα) и одной бета-субъединицы (HIFβ). HIFα существует в виде множества изоформ (HIF-1α, HIF-2α и HIF-3α) с различными биологическими свойствами и особенностями синтеза [3]. HIF-1α экспрессируется во всех клетках организма человека, обеспечивает синтез эндогенного эритропоэтина на ранних стадиях ХБП, определяет ранний ответ организма на гипоксию, а также отвечает за синтез более чем 60 генов, участвующих в эритропоэзе, ангиогенезе, росте клетки, дифференциации, апоптозе [4, 5]. Экспрессия HIF-2α осуществляется в эндотелиоцитах, пневмоцитах II типа, интерстициальных почечных клетках, гепатоцитах и в клетках миелоидного ряда в условиях длительного недостатка кислорода [6]. Физиологическое значение HIF-3α на настоящий момент изучено недостаточно, однако предполагается его участие в обмене глюкозы и аминокислот, регуляции апоптоза, протеолиза, а также в дифференцировке адипоцитов [7].

В нормоксических условиях происходит гидроксилирование аминокислотных остатков пролина молекулы HIF-1α посредством HIF-пролилгидроксилаз или аспарагиновых остатков при помощи фактора, индуцирующего HIF-1 (Factor-Inhibiting HIF-1 – FIH-1), с последующим убиквитинированием молекулы посредством VHL-убиквитин-Е3-лигазы. В условиях гипоксии разрушения HIF-1α не происходит, в результате чего запускается каскад адаптационных механизмов.

В настоящее время динамической оценки активности HIF-1α у пациентов с ХБП 5Д и ее осложнений не проводится, тогда как единственным значимым показателем при оценке гипоксии выступает уровень гемоглобина.

Целью исследования стало изучение роли HIF-1α в развитии анемии у пациентов с ХБП 5Д, получающих лечение программным гемодиализом.

Материал и методы

Были обследованы 80 пациентов с ХБП-5Д, находившихся на лечении программным гемодиализом в ООО «ГЦ “Ростов”». Исследуемая группа была представлена 47 мужчинами и 33 женщинами, средний возраст которых составил 51,7±11,6 года, длительность диализа – 33,5 (19,7; 58,25) месяца.

Критерием исключения были возраст моложе 18 и старше 80 лет, ХБП 1–4 и 5 стадий, не получавших заместительной почечной терапии, алкоголизм или наркомания в анамнезе, подтвержденные заболевания мышечной ткани, психические нарушения. Гемодиализ проводился 12 часов в неделю. Клиническое обследование включило сбор жалоб, оценку объективного статуса, в т.ч. биоимпедансометрию аппаратом «Диамант АИСТ-мини» (Россия). Определение уровня HIF-1α проведено методом количественного иммуноферментного анализа однократно всем пациентам исследуемой группы с использованием набора Hypoxia-inducible factor (HIF-1α) ELISA Kit (США).

Статистический анализ данных проведен с помощью пакета прикладных программ «Statistica 10,0» («StatSoft», США). Статистическая значимость различий двух средних определялась с помощью критерия Стьюдента при нормальном распределении выборки, при отличии от нормального – критерием Манна–Уитни. Оценка силы взаимодействия между количественными признаками при нормальном распределении осуществлялась с помощью коэффициента Пирсона, при ненормальном – коэффициента Спирмена. При проведении сравнения двух независимых выборок применяли методы дисперсионного анализа: параметрический дисперсионный однофакторный анализ ANOVA с применением тестов Levene и Braun–Forsite при нормальном распределении и анализ Крускала–Уоллиса при распределении, отличном от нормального. Нулевую статистическую гипотезу об отсутствии различий и связей отвергали при p<0,05.

Результаты

Концентрация HIF-1α в крови пациентов исследуемой группы колебалась в пределах от 0,16 до 0,27 нг/мл (Индекс К-С=0,26, p<0,01; Lilliefors p<0,01), медиана составила 0,17 (0,16; 0,21) нг/мл. В связи с тем что референсных значений HIF-1α у пациентов с ХБП в литературе не описано, нами была выделена группа пациентов с повышенными значениями показателя относительно медианы, с которой и проводилось сравнение (табл. 1)

Самостоятельного вклада анемии в развитие системной гипоксии обнаружено не было: группы достоверно не различались по уровню гемоглобина, внутри групп корреляционная связь с уровнем HIF была статистически незначимой (p>0,05). Целевые значения гемоглобина были достигнуты 34/42 (80,95%) и 32/38 (84,2%) пациентами, однако в группе с повышенным уровнем HIF-1α достоверно больше встречалась анемия средней степени тяжести: у 4/42 (10%) и 1/38 (3%) пациентов соответственно.

У всех пациентов определен повышенный уровень β2-микроглобулина, причем отмечена слабая корреляционная связь с показателем HIF-1α (r=-0,26; p<0,05), что подтверждалось различием в средних значениях показателя в группах (24,9±5,98; 27,61±5,44; p=0,041). Связи с уровнем С-реактивного белка (СРБ), в т.ч. внутри групп по уровню HIF-1α, выявлено не было.

При проведении логистического регрессионного анализа были обнаружены факторы, отразившие повышенный уровень HIF-1α (табл. 2, рис. 1, 2).

Отмечается прямая зависимость уменьшения вероятности повышения уровня HIF-1α от месячной дозы ЭПО, обратная – от параметров феррокинетики (уровень сывороточного трансферрина). Также обнаружена связь некоторых антропометрических параметров, в частности окружностей плеча, шеи, с повышением уровня исследуемого биомаркера, что может быть применимо в комплексной оценке параметра.

Обсуждение

Отсутствие значимого влияния анемии на уровень HIF-1α может иметь несколько причин. Во-первых, в исследовании принимали участие пациенты с высокой флуктуацией длительности анамнеза ХБП, который нередко определяет выраженность нарушений эритропоэза. Во-вторых, на протяжении значительного промежутка времени пациентам уже проводилась заместительная терапия эритропоэз-стимулирующими агентами. И в этом аспекте значение имеет не только применяемый класс препаратов ЭПО. Обмен железа также нарушается при ХБП, ключевыми агентами обозначены гепсидин и ферропортин [8].

Ранее подтверждалось развитие жирового гепатоза при активации HIF [10], что наряду с высокой чувствительностью гепатоцитов к гипоксии может обусловливать повышение уровня АЛТ в группе с высоким уровнем HIF-1α. Также следует отметить влияние другой изоформы, HIF-3α, на обменные процессы в жировой ткани [7].

Зависимость повышения HIF-1α от антропометрических показателей, таких так окружность плеча и шеи, может быть обусловлена изменением компонентного состава тела в рамках развития белково-энергетической недостаточности преимущественно за счет увеличения абсолютного количества жировой и уменьшения мышечной ткани. Несмотря на отсутствие достоверных различий в содержании жировой ткани по результатам биоимпедансометрии (18,5±8,5;18,6±9,6; p=0,30), следует учитывать особенности нутритивного статуса, сопутствующего коморбидного фона в развитии данного состояния, а также возможность развития миостеатоза.

Выявленные особенности тканевого компартмента, а также их вклад в повышение уровня HIF-1α требуют дополнительного изучения. Однако с учетом доступности метода биоимпедансометрии его применение пациентами с патологией почек остается обоснованным.

Выводы

В ходе исследования продемонстрирована связь антропометрических данных и показателей феррокинетики с повышенным уровнем HIF-1α. В связи с этим определение этого биомаркера у пациентов с ХБП, получающих терапию гемодиализом, может играть важную роль в своевременной диагностике анемии, ее коррекции и иметь прогностическое значение. Требуется дальнейшее изучение межмолекулярных взаимодействий HIF-фактора, в частности его субъединиц, с целью уточнения патогенетических механизмов его обмена в клетке.


About the Autors


Bondarenko N.B. – Postgraduate Student at the Department of Internal Diseases № 2, Rostov State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation; Rostov-on-Don, Russia. E-mail: n.bondarenko61@gmail.com
Batyushin M.M. – Doctor of Medical Sciences, Head of the Nephrological Department of the Clinic, Professor at the Department of Internal Diseases № 2, Rostov State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation, Rostov-on-Don; Russia. Е-mail: batjushin-m@rambler.ru
Gasanov M.Z. – PhD in Medical Sciences, Associate Professor at the Department of Internal Diseases №1, Rostov State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation, Rostov-on-Don , Russia. E-mail: mitkhat@mail.ru
Sarvilina I.V. – Doctor of Medical Sciences, Professor, Chief Physician of the Medical Center "Novomedicina"; Rostov-on-Don, Russia. Е-mail: isarvilina@mail.ru
Golubeva O.V. – Chief Physician of the OOO ”Hemodialysis Center “Rostov”; Rostov-on-Don, Russia. E-mail: Oksana.Golubeva@fmc-ag.com


Similar Articles


Бионика Медиа