HYPOXIC TRACE OF STRESS: HIF-1Α, ERYTHROPOIETIN, AND CORTISOL AS KEY MARKERS OF POST-TRAUMATIC STRESS DISORDER IN COMBATANTS

Full Text

Введение Рост числа участников боевых действий по всему миру обуславливает увеличение контингента ветеранов с последствиями боевой травмы, среди которых особое место занимает посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) [6]. Несмотря на его распространенность, ключевой проблемой клинической практики остается отсутствие стандартизированных объективных лабораторных признаков для подтверждения этого состояния. Верификация ПТСР до сих пор опирается на субъективные психометрические шкалы, что создает риск предвзятости и затрудняет раннее выявление [11]. Современные представления о патофизиологии ПТСР включают концепцию дисрегуляции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси (ГГН), характеризующуюся не классическим гиперкортизолизм, а гипокортизолизм на фоне повышенной чувствительности глюкокортикоидных рецепторов [7]. Эта диссоциация поддерживает состояние персистирующего стрессового ответа и способствует структурным изменениям в лимбической системе [8]. Отдельным и недостаточно изученным звеном является роль гипоксии и оксидативного стресса. Ключевой медиатор адаптации к гипоксии, транскрипционный гипоксия-индуцируемый фактор 1 альфа (HIF-1α), регулирует экспрессию генов, ассоциированных с нейропластичностью и клеточным выживанием [12]. Однако данные экспериментов свидетельствуют, что его длительная или неустойчивая активация может нарушать нейрональный гомеостаз и способствовать формированию психопатологических состояний, включая ПТСР [9, 10]. На основе серии в том числе собственных экспериментальных работ [1, 2, 3], мы предположили, что комбинированная оценка маркеров гипоксического (HIF-1α, эритропоэтин - (EPO)) и стрессового (кортизол) ответа может выявить специфические патофизиологические профили, ассоциированные с ПТСР, и позволить дифференцировать его от последствий изолированной физической травмы. Цель исследования - сравнительный анализ уровня кортизола, эритропоэтина и HIF-1α в плазме крови для выявления специфических патофизиологических профилей у комбатантов с различными последствиями боевой травмы, включая ПТСР. Методика Исследование выполнено в рамках сравнительного перекрестного дизайна. Были сформированы три группы пациентов: группа 1 (ПТСР): 15 комбатантов с верифицированным диагнозом ПТСР по критериям DSM-5/МКБ-11, без тяжелых соматических травм в остром периоде; группа 2 (ампутации): 45 комбатантов с травматическими ампутациями конечностей. Для исключения ПТСР применялся комплекс психометрических инструментов (PCL-5, CAPS-5, Миссисипская шкала и др.). Данная группа служила контролем по отношению к группе ПТСР; группа 3 (ОРИТ): 20 комбатантов, перенесших критическое состояние, потребовавшее респираторной поддержки. У всех участников методом иммуноферментного анализа количественно определяли сывороточные уровни кортизола, HIF-1α и EPO (табл. 1). Статистический анализ проводили с использованием SPSS 26.0 и GraphPad Prism 8. Ввиду отклонения распределений от нормального, для сравнения количественных показателей между группами применяли критерий Крускала-Уоллиса с последующим попарным сравнением методом Данна с поправкой Бонферрони [4]. Диагностическую точность биомаркеров оценивали с помощью ROC-анализа с расчетом площади под кривой (AUC), чувствительности, специфичности, прогностической ценности положительного (PPV) и отрицательного (NPV) результатов. Оптимальные пороговые значения определялись по индексу Юдена. Уровень статистической значимости установлен на p<0,05. Таблица 1. Демографические, социальные и клинические характеристики исследуемых групп на момент включения в исследование Характеристика Группа ПТСР (n=15) Группа ампутаций (n=45) Группа ОРИТ (n=20) p-значение Возраст, лет (медиана [IQR]) 34 [28-38] 43 [35-48] 35 [30-42] 0,021* Мужской пол, n (%) 15 (100) 45 (100) 20 (100) 1,000 Время с момента травмы, мес (медиана [IQR]) 6 [4-9] 7 [4-9] 1 [0, 5-2] <0,001* Шкала CAPS-5 (баллы) 42 [36-48] 14 [10-18] НП <0,001* Шкала PCL-5 (баллы) 48 [42-54] 22 [18-26] НП <0,001* Миссисипская шкала (баллы) 112 [104-120] 72 [65-79] НП <0,001* Примечания: статистически значимые различия (p < 0,05), НП - не проводилось, CAPS-5 - Clinician-Administered PTSD Scale, PCL-5 - PTSD Checklist for DSM-5, IQR - межквартильный размах Результаты исследования Сравнительный анализ уровней биомаркеров. Статистический анализ выявил значимые различия между группами по всем трем исследуемым биомаркерам (p<0,001, табл. 2). Таблица 2. Уровни биомаркеров в группах пациентов Биомаркер Группа n Медиана IQR (Q1-Q3) HIF-1α (пг/мл) Ампутации 45 25,04 11,72-80,28 ОРИТ 20 20,82 5,79-54,06 ПТСР 15 79,07 7,12-217,60 EPO (пг/мл) Ампутации 45 38,12 28,13-63,51 ОРИТ 20 76,20 47,50-245,66 ПТСР 15 27,27 18,96-59,33 Кортизол (нмоль/л) Ампутации 45 425,83 337,86-466,53 ОРИТ 20 486,84 372,63-694,22 ПТСР 15 198,24 155,11-241,17 Примечания: IQR - межквартильный размах Попарные сравнения с поправкой Бонферрони (табл. 3) показали, что группа ПТСР значимо отличалась от обеих групп с физической травмой по уровням HIF-1α (p<0,001, рис. А) и кортизола (p<0,001, рис. В). Уровень EPO в группе ПТСР не отличался от группы ампутаций (p=0,891, рис. Б), но был значимо ниже, чем в группе ОРИТ (p<0,001). Рис. А - уровень HIF1а в группах пациентов; Б - уровень EPO в группах пациентов; В - уровень кортизола в группах пациентов Таблица 3. Попарные сравнения между группами (метод Данна с поправкой Бонферрони) Сравнение групп HIF1A EPO Кортизол ПТСР vs Ампутации z = 2,43 p = 0,015* r = 0,41 z = 0,76 p = 0,447 r = 0,13 z = 4,12 p < 0,001* r = 0,70 ПТСР vs ОРИТ z = 3,01 p = 0,003* r = 0,58 z = 3,89 p < 0,001* r = 0,75 z = 4,35 p < 0,001* r = 0,83 Ампутации vs ОРИТ z = 0,14 p = 0,889 r = 0,02 z = 3,65 p < 0,00* r = 0,54 z = 1,11 p = 0,267 r = 0,17 Примечание: *статистически значимые различия (p < 0,0167 после поправки Бонферрони). z - Стандартизированная статистика критерия Данна, отражающая величину различий между рангами сравниваемых групп. Положительные значения указывают на превышение рангов первой группы над второй, отрицательные - на обратную тенденцию. r - Размер эффекта, рассчитанный как r = z / √N, где N - общее количество наблюдений в двух сравниваемых группах ROC-анализ подтвердил высокую дискриминативную способность HIF-1α и кортизола (табл. 3) в качестве диагностического комплекса выявления ПТСР. Наилучший результат показала комбинированная модель логистической регрессии, включившая оба биомаркера (AUC=0,93, 95% ДИ: 0,86-1,00), с общей точностью классификации 83,3% (табл. 4). Таблица 4. Сравнение диагностической эффективности биомаркеров и комбинированной модели для выявления ПТСР Модель AUC Пороговое значение Чувствительность Специфичность HIF1A 0,75 [0, 61-0, 89] >21,5 пг/мл 71,4% [47, 8-88, 7] 73,3% [58, 1-85, 4] Кортизол 0,91 [0, 82-1, 00] <315 нМоль/л 84,6% [64, 3-95, 0] 86,7% [73, 2-94, 9] Комбинированная модель 0,93 [0, 86-1, 00] >0,5 (вероятность) 84,6% [64, 3-95, 0] 88,9% [76, 0-96, 3] Примечение: AUC (Area Under the Curve) - площадь под ROC-кривой (Receiver Operating Characteristic curve), интегральный показатель, количественно отражающий диагностическую точность биомаркера или модели. В скобках указаны 95% доверительные интервалы Для клинического применения были протестированы две стратегии интерпретации пороговых значений (табл. 5). Стратегия «И» (HIF-1α >21,5 пг/мл И кортизол <315 нмоль/л) характеризуется высокой специфичностью (88,9%) и положительной прогностической ценностью (69,2%), что делает её оптимальной для подтверждения диагноза. Стратегия «ИЛИ» (HIF-1α >21,5 пг/мл ИЛИ кортизол <315 нмоль/л): характеризуется высокой чувствительностью (86,7%) и отрицательной прогностической ценностью (93,3%), что оптимально для скринингового исключения ПТСР. Таблица 5. Сравнение диагностических характеристик стратегий «И» и «ИЛИ» для выявления ПТСР Показатель Стратегия «И» (оба критерия) Стратегия «ИЛИ» (хотя бы один критерий) Чувствительность, % 61,5 [35, 5-82, 3] 86,7 [66, 7-99, 6] Специфичность, % 88,9 [85, 2-99, 9] 68,9 [54, 3-80, 9] PPV, % 69,2 [43, 4-90, 3] 46,4 [30, 7-62, 8] NPV, % 93,2 [82, 8-97, 7] 93,3 [83, 8-99, 9] Точность, % 89,7 [79, 9-95, 7] 74,1 [62, 4-83, 8] LR+ 13,9 [3, 4-56, 4] 3,0 [1, 9-4, 6] LR- 0,40 [0, 21-0, 77] 0,11 [0, 02-0, 73] Примечание: PPV - положительная прогностическая ценность, NPV - отрицательная прогностическая ценность, LR+ - отношение правдоподобия для положительного результата, LR- - отношение правдоподобия для отрицательного результата. В скобках указаны 95% доверительные интервалы Обсуждение результатов исследования Проведенное исследование выявило четкие и специфичные патофизиологические профили, ассоциированные с различными последствиями боевой травмы. Наиболее значимой находкой является уникальный биомаркерный «отпечаток» ПТСР, кардинально отличающий его от реакции на тяжелую физическую травму, характеризующийся сочетанным HIF-1α и снижением уровня кортизола [5]. Данная комбинация отражает два ключевых патогенетических механизма ПТСР: развитие церебральной гипоксии и дисрегуляцию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси по типу функционального истощения. Выявленная комбинация высокого HIF-1α и низкого кортизола является прямым отражением двух ключевых патофизиологических процессов при ПТСР. Повышение HIF-1α по сравнению с другими группами, при отсутствии признаков системной гипоксии (нормальный уровень EPO), убедительно свидетельствует в пользу феномена хронической клеточной гипоксии в структурах головного мозга. Это согласуется с данными о нарушении церебральной микроциркуляции, метаболическом стрессе и митохондриальной дисфункции у пациентов с ПТСР [10, 12]. HIF-1α в данном случае выступает не как адаптивный фактор, а как маркер персистирующего патологического состояния нейронов. Снижение уровня кортизола по сравнению с группами физической травмы полностью соответствует классической модели дисрегуляции ГГН-оси при ПТСР, описанной Yehuda R. et al. [11]. Этот «гипокортизолизм» отражает не отсутствие стресса, а его хронизацию и нарушение механизмов негативной обратной связи, что приводит к функциональному истощению надпочечников. Группы «Ампутации» и «ОРИТ» продемонстрировали типичную реакцию на острое физическое повреждение: высокий кортизол как маркер активации ГГН-оси и, в случае критического состояния (ОРИТ), резкий подъем EPO - адекватный ответ на системную гипоксию. Принципиальное отличие профиля ПТСР позволяет использовать комбинацию «HIF-1α + кортизол» для объективной дифференциальной диагностики. Предложенный двухэтапный диагностический алгоритм, использующий стратегии «ИЛИ» (для скрининга) и «И» (для подтверждения), представляет собой практический инструмент для клиницистов (табл. 5). Он позволяет стратифицировать пациентов по риску ПТСР и определять дальнейшую тактику: от рутинного наблюдения при низком риске (NPV=93,2%) до направления к психиатру при высоком риске (PPV=69,2%). Высокая специфичность модели (88,9%) минимизирует количество ложноположительных диагнозов, что крайне важно для избежания стигматизации. Ограничения Ограничением исследования является относительно небольшой размер выборки в группе ПТСР, что диктует необходимость валидации результатов на независимых и более крупных когортах. Кроме того, перекрестный дизайн не позволяет установить причинно-следственные связи, для чего требуются длительные и системные исследования. Заключение У комбатантов с ПТСР выявлен специфический патофизиологический профиль, характеризующийся сочетанным повышением уровня HIF-1α и снижением уровня кортизола в плазме крови, что отличает его от профиля реакции на острую физическую травму. Комбинация HIF-1α и кортизола обладает высокой диагностической ценностью для верификации ПТСР (AUC=0,93) и может рассматриваться в качестве перспективного объективного биомаркерного инструмента. Разработанный на основе этих биомаркеров поэтапный диагностический алгоритм позволяет эффективно проводить скрининг и подтверждающую диагностику ПТСР, открывая путь к персонализированному подходу в ведении данной категории пациентов.

About the authors

A. V Lyubimov

Military Medical Academy; Institute of Experimental Medicine

Email: lyubimov_av@mail.ru
кандидат медицинских наук, преподаватель кафедры военно-морской терапии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации, научный сотрудник отдела нейрофармакологии им. С.В. Аничкова ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины» 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia; 12, Acad. Pavlov St., 197376, St. Petersburg, Russia

E. V Ivchenko

Military Medical Academy

Email: email@example.com
доктор медицинских наук, профессор, заместитель начальника Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia

S. V Efimov

Military Medical Academy; St. Petersburg Medical and Social Institute

Email: sve03helper@rambler.ru
кандидат медицинских наук, преподаватель кафедры военно-морской терапии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia; 72, Kondratievsky Pr., 195272, St. Petersburg, Russia

A. S Tarakhteev

Military Medical Academy

Email: anton.tarakhteev@mail.ru
соискатель кафедры военно-морской терапии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia

D. D Bykova

Military Medical Academy

Email: didish2020@mail.ru
соискатель кафедры военно-морской терапии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia

A. E Trandina

Military Medical Academy

Email: sasha-trandina@rambler.ru
врач клинической лабораторной диагностики научно-исследовательской лаборатории тканевой инженерии научно-исследовательского отдела медико-биологических исследований Научно-исследовательского центра Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia

E. A Pogozhaya

Clinical and Diagnostic Center of the General Staff of the Armed Forces of the Russian Federation

Email: epogozhaya16@yandex.ru
старший врач-специалист медицинского отдела (диагностики и профилактики) медицинского центра преморбидных и неотложных состояний Клинико-диагностического центра Генерального штаба Министерства Обороны Российской Федерации 4, lane Serebryany, 119002, Moscow, Russia

D. V Cherkashin

Military Medical Academy

Email: cherkashin_dmitr@mail.ru
доктор медицинских наук, профессор, начальник кафедры Военно-морской терапии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia

A. A Galaka

Military Medical Academy

Email: andrey_galaka@mail.ru
кандидат медицинских наук, старший преподаватель кафедры военно-морской хирургии Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia

E. S Kurasov

Military Medical Academy

Email: doc4678@mail.ru
доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры психиатрии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia

Ya. A Filippova

Military Medical Academy

Email: filmo.ya@rambler.ru
врач-терапевт терапевтического отделения клиники военно-морской терапии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Министерства Обороны Российской Федерации 6, acad. Lebedeva St., 194044, St. Petersburg, Russia

References

Supplementary files