В настоящее время развитие сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) связывают с процессом ремоделирования сосудистой стенки, который сопровождается увеличением толщины интимы—медии (ТИМ) и образованием атеросклеротических бляшек [1]. ТИМ увеличивается с возрастом [2], но в целом в популяции здоровых людей не превышает 0,9 мм [3]. Увеличение ТИМ >0,9 мм рассматривается как проявление атеросклероза сосудов [4]. По результатам ряда исследований, увеличение ТИМ является важным прогностическим маркером атеросклероза и связанных с ним заболеваний, поскольку выявлена корреляция между ТИМ сонных артерий и риском развития инфаркта миокарда (ИМ) и инсульта [5—7]. Установлено, что ТИМ общей сонной артерии (ОСА) увеличивается у курящих [8], у лиц с нарушением липидного обмена [9], у больных артериальной гипертензией (АГ) [10] и сахарным диабетом (СД) [11]. Считается, что инициирующими ремоделирование сосудистой стенки могут быть интегральные факторы риска (ФР) развития ССЗ [3], внутриклеточные латентные инфекции (вирусы и микробы) [12, 13], внутрисосудистое микровоспаление [14, 15], гиперинсулинемия [11] и др.
Однако следует отметить, что большинство работ в этой области проводилось у лиц с выраженными ССЗ. Кроме того, часто рассматривается только какая-то одна из сторон атерогенеза, что приводит к фрагментации результатов. В большинстве работ выводы о значении тех или других факторов в процессе ремоделирования делаются на основании сравнения средних показателей в сравниваемых группах и данных корреляционного анализа. Эти методы статистического анализа не позволяют выявить роль факторов и провести ранжирование по степени влияния их на состояние сосудистой стенки. Этим требованиям отвечает обработка материала с использованием возможностей многомерных методов статистического анализа, в частности, искусственной нейронной сети.
Цель исследования — с помощью методов многомерного статистического анализа определить наиболее значимые факторы, оказывающие влияние на ремоделирование сосудистой стенки ОСА.
Материал и методы
В исследовании приняли участие 168 человек (71 мужчина и 97 женщин, средний возраст — 43,4±0,6 года), имеющих один или несколько ФР развития ССЗ, таких как АГ 1-й и 2-й степени, дислипидемия, избыточная масса тела, курение, отягощенная по ССЗ наследственность.
Критерии включения в исследование: мужчины и женщины в возрасте от 30 до 60 лет, наличие впервые выявленной, нелеченной ранее АГ. Критерии исключения: наличие по данным клинического обследования поражений органов-мишеней и ассоциированных клинических состояний, перенесенный инсульт или ИМ в анамнезе, сердечная недостаточность любого функционального класса, СД 1-го и 2-го типа, ожирение, наличие острых и обострение хронических заболеваний органов и систем, беременность. В рамках настоящего исследования проведено общеклиническое обследование с определением антропометрических параметров и уровня артериального давления (АД), лабораторные исследования (изучение липидного состава крови, уровня глюкозы в сыворотке крови натощак). Уровни общего холестерина (ОХС), триглицеридов (ТГ) и холестерина (ХС) липопротеидов высокой плотности (ЛВП) определяли ферментативным методом на автоанализаторе «Техникон». ХС липопротеидов очень низкой (ЛОНП) и ХС липопротеидов низкой плотности (ЛНП) рассчитывали по формулам [16]. Наличие и выраженность воспаления оценивали по количеству С-реактивного белка (СРБ) и цитокинов — α-фактор некроза опухоли (α-ФНО), интерлейкинов (ИЛ) 1, 4, 8. СРБ определяли иммуноферментным методом (ИФМ) с помощью тест-систем SeroELISA (Diagnostic Systems Laboratories, США), цитокины — ИФМ с использованием тест-систем (ООО «Цитокин», Санкт-Петербург) в соответствии с прилагаемой к набору инструкцией. Данные тест-системы основаны на сэндвич-методе твердофазного ИФМ с применением пероксидазы хрена в качестве индикаторного фермента. Количественную оценку результатов осуществляли методом построения калибровочной кривой, на которой отражена зависимость оптической плотности от концентрации цитокина (пг/мл). Чувствительность метода составляла 5—30 пг/мл. Кроме того, исследовали состояние иммунной системы по показателям врожденного (фагоцитарное число — ФЧ, индекс активности фагоцитов — ИАФ, отражающий активность фагоцитоза) и адаптивного иммунитета с определением количества иммунных клеток (В-, Т-лимфоциты и их субпопуляции), антител класса A, M, G иммунологическими методами. ИФМ реактивами SeroELISA выявляли инфицированность вирусом простого герпеса 1-го типа (ВПГ-1), цитомегаловирусом (ЦМВ), хламидиями пневмонии (С. рneumoniae). Для обнаружения антител к Helicobacter рylori и β-гемолитическому стрептококку группы А (β-стрептококк) использовали тест-системы фирмы «Вектор» (Россия). В каждой группе определяли процент инфицированных пациентов и рассчитывали индекс инфекционной нагрузки (ИИН), отнесенный к 100%. Ультразвуковое сканирование брахиоцефальных артерий проводили на аппарате Аloka 5000, линейным датчиком 7—19 МГц в В- и PW-режиме, для визуализации атеросклеротических бляшек и определения ТИМ, которую определяли в диастолу в максимальном разрезе по задней стенке в ОСА на уровне 1,5—2 см до бифуркации. Измерение ТИМ проводили от внутренней стенки интимы до наружной стенки медии, не включая размер адвентиции. В ходе исследования автоматически рассчитывали показатели индекса резистентности сосуда (IR) и пульсового индекса (PI). Нарушения в психоэмоциональной сфере выявляли с помощью госпитальной шкалы тревоги и депрессии [17]. По сумме симптомов депрессии, тревоги и астении определяли уровень психоэмоционального напряжения.
Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программ Statistica версия 6.1. Результаты представлены в виде средней арифметической (М) и средней ошибки выборки (m). Различия считали статистически значимыми при р<0,05. В целях выявления факторов, влияющих на сосудистую стенку, использована программа MATLAB 6.0 для создания искусственной нейронной сети, построенной по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей. В результате тестирования вводимых параметров производятся выходные сигналы, которые формируют ответ сети. Результаты, полученные при обработке данных методом искусственной нейронной сети, имеют чувствительность 89%, специфичность 91%, точность классифицирования 79% [18, 19].
Результаты и обсуждение
Среди лиц группы наблюдения курящих было 40%, избыточная масса тела имелась у 28%, абдоминальный тип ожирения — у 19%, АГ 1—2-й степени — у 33,8%, повышение уровня ОХС — у 38%, ТГ — у 18%, ХС ЛНП — у 20%, снижение уровня ХС ЛВП — у 14,7%, отягощенная по ССЗ наследственность — у 21%. При этом у 87% человек имелось сочетание 2 ФР и более. Уровень систолического АД в среднем составил 128,9±1,2 мм рт.ст., диастолического АД (ДАД) — 81,5±0,8 мм рт.ст. У 82% обследуемых выявлялись психоэмоциональные нарушения в различных комбинациях, средний уровень психоэмоционального напряжения составил 2,8±0,1 усл. ед.
Диапазон значений ТИМ ОСА у обследованных лиц достигал 0,64—1,1 мм, в среднем по группе ТИМ составила 0,77±0,01 мм. Инфицированных ЦМВ было 97%, количество антител иммуноглобулина (IgG) к ЦМВ составило 102,4±6,3 ед/мл. Число пациентов, серопозитивных к ВПГ-1, достигало 94%, С. рneumoniae — 27%, H. pylori — 50%, β-стрептококку — 51%. По суммарной оценке инфицированность (ИИН) в группе составила 3,1±0,1 усл. ед. При анализе иммунограммы отмечено, что все показатели врожденного и приобретенного иммунитета не превышали величин, которые были предложены как российские и региональные нормы [20, 21]. В ходе изучения показателей воспалительного процесса установлено наличие у этих пациентов латентного воспалительного процесса [10, 20, 22]. Уровень СРБ составил 3,5±0,3 мкг/л, ИЛ-1 — 37,9±3,7 пг/мл, ИЛ-8 — 41,1±3,3 пг/мл, α-ФНО — 4,5±0,2 пг/мл.
Липидный обмен у обследуемых лиц характеризовался следующими показателями: уровень ОХС был равен 5,1±0,08 ммоль/л, ХС ЛНП — 3,1± 0,5 ммоль/л, ТГ — 2,01±0,1 ммоль/л, ХС ЛВП — 1,3±0,1 ммоль/л.
Результаты применения искусственной нейронной сети. Для уточнения взаимоотношений сосудистой стенки с изучаемыми показателями использованы возможности искусственных нейронных сетей. Искусственные нейронные сети — математические модели, построенные по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей [18]. Для создания нейронной сети использованы данные всех полученных в ходе обследования показателей. Общая база данных была разделена на 2 подмножества. Первое подмножество (85%) оригинальной базы данных использовалось для обучения сети, второе (15%) — для тестирования. Была использована сеть с прямым распространением данных и обратным распространением ошибки. Это наиболее универсальный и распространенный тип искусственной нейронной сети. Сеть состояла из 3 слоев. Входной слой содержал 20 нейронов по числу входных сигналов. Промежуточный слой содержал 52 нейрона (количество определено путем проб и ошибок). Выходной слой содержал в соответствии с поставленной задачей 1 нейрон.
Работа программы включала следующие этапы. Представленные входные величины взвешиваются и направляются на нейроны второго слоя. Промежуточные нейроны активируются, т.е. производят выходные сигналы на основании полученных взвешенных величин. Сигналы второго уровня поступают на выходной нейрон, который и формирует ответ сети. Ключевой процесс в создании сети — это обучение. Обучение производится с обратным распространением ошибки. Ошибка передается на вышележащий уровень и изменяет начальные веса сигналов. При многократном повторении обучающего материала сеть стремится минимизировать ошибку. Обучение заканчивается, если ошибка достигает заданной величины, или величина ошибки не изменяется во времени, или проведено определенное количество циклов обучения. После обучения сети программой представляются тестовые данные и статистические результаты. В процессе обработки наших данных нейронная сеть определила наиболее важные показатели, оказывающие влияние на сосудистую стенку (см. таблицу).
Примечание. ИИН — индекс инфекционной нагрузки; ДАД — диастолическое артериальное давление; ЦИК — циркулирующие иммунные комплексы; ИАФ — индекс активности фагоцитов; ЦМВ — цитомегаловирусы; С. рneumoniae — хламидии пневмонии; H. pylori — хеликобактер пилори; Тх/Тц — иммунорегуляторный индекс; ИЛ-1 — интерлейкин-1; α-ФНО — α-фактор некроза опухоли; СРБ — C-реактивный белок.
Согласно приведенным данным все показатели можно разделить на 3 группы. Первая группа — наиболее значимые (от 17,5 до 4,06%), вторая группа — средней значимости (от 2,9 до 1,1%) и третья группа — слабой значимости (от 0,67 до 0,01%). Эти данные показывают, что отдельных доминирующих показателей нет, и в первую группу входят сразу 7 показателей. Второй вывод, который следует из этих данных, — состояние ТИМ определяют 17 показателей, т.е. необходимо говорить о многомерности факторов, которые воздействуют на стенку сосуда. В этом случае только учет сочетания значимых факторов обеспечивает информативность полученных данных.
В рамках нейронной сети с учетом изложенного можно графически определить взаимоотношения между стенкой сосуда и выбранным показателем. Обработка материала показала, что параметры иммунитета имеют различные характеристики взаимоотношения с ТИМ. Так, Т-лимфоциты отражают нелинейные взаимоотношения с показателем ТИМ (рис. 1), а фагоцитарные показатели имеют практически линейную зависимость, т.е. ослабление фагоцитоза сочетается с наибольшими показателями ТИМ (рис. 2).
Индекс инфекционной нагрузки (ИИН) также имеет нелинейное взаимоотношение с показателем ТИМ. При малых значениях ТИМ эффект воздействия инфекционных показателей слабый, при наличии более 3 инфекционных факторов влияние на стенку сосуда становится более существенным (рис. 3).
Повышение количества специфического IgG к ЦМВ во всем диапазоне наблюдений связано с увеличением толщины ТИМ (рис. 4). Более интенсивное воздействие проявляется при больших значениях IgG ЦМВ (более 100 ед/мл), что указывает на высокую вирусную нагрузку.
Инфицированность C. pneumoniae ассоциируется с увеличением ТИМ до значений 1,0 мм и более, что характеризует значительные патологические изменений в стенке сосуда (рис. 5).
Взаимоотношения ТИМ и СРБ также находятся в прямо пропорциональной зависимости (рис. 6). Существенное увеличение ТИМ отмечается при уровне СРБ более 3,0 мг/мл. Однако следует учесть, что значимость СРБ нейронная сеть оценила как достаточно низкую величину (0,008%).
ДАД, по данным нейронной сети, оказывает влияние на ТИМ, начиная с уровня 80 мм рт.ст. Сначала это влияние несущественно, но с уровня 88—90 мм рт.ст. кривая графика резко возрастает (рис.7). Это указывает на то, что такой уровень ДАД значимо влияет на увеличение ТИМ.
Создание интегрированной системы оценки состояния сосудистой стенки с помощью искусственной нейронной сети показало наличие следующих закономерностей изменения ТИМ. Воспалительные факторы линейно негативно влияют на стенку сосуда. Чем интенсивнее воспаление, тем выше степень изменений ТИМ. Показатели адаптивного иммунитета оказывают нелинейное влияние на ТИМ, небольшое увеличение количества Т-лимфоцитов оказывает существенное положительное влияние. При дальнейшем их увеличении эффект оказывается неоднозначным, что, возможно, связано с действием других факторов. Показатель врожденного иммунитета (ИАФ) обеспечивает стабилизацию толщины стенки артерии, причем необходимо учесть, что в проведенном исследовании это наиболее значимый фактор (значимость 17,5%). Показатели состояния инфекционных влияний отражают зависимость ТИМ от количества выявляемых инфекционных факторов и от количества специфических антител IgG к ЦМВ и инфицированности C. pneumoniaе.
Для получения более подробных сведений о роли инфекции была оценена значимость признаков у лиц с высокой вирусной нагрузкой ЦМВ (IgG более 100 ед/мл). Оказалось, что в этом случае существенно усилилось влияние на ТИМ C. pneumoniaе (значимость признака составила 35,8%). Одновременно с этим возросла значимость Т-лимфоцитов до 31,2%. Эти данные показывают, что активизация ЦМВ-инфекции значима для изменения показателей ТИМ в сочетании с инфекцией C. pneumoniaе и на фоне ослабления факторов адаптивного иммунитета.
Таким образом, создание интегрированной модели состояния сосудистой стенки с помощью искусственной нейронной сети показало наличие высокой зависимости ТИМ от количества латентных инфекций, уровня специфических антител IgG к ЦМВ и от инфицированности хламидиями пневмонии. При этом высокую значимость имеет снижение факторов адаптивного иммунитета — Т-лимфоцитов. Воспалительные факторы линейно негативно влияют на стенку сосуда: чем сильнее воспаление, тем более выражено ремоделирование сосудистой стенки. ДАД, по данным нейронной сети, оказывает влияние на ТИМ, начиная с уровня 80 мм рт.ст., и более существенно — с уровня 90 мм рт.ст.
