Клинико-методологические аспекты в диагностике дефицита магния у пациентов с пароксизмальной фибрилляцией предсердий
- Авторы: Божко Я.Г.1, Архипов М.В.1, Белоконова Н.А.1, Кисёлева Д.В.2
-
Учреждения:
- Уральский государственный медицинский университет
- Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого Уральского отделения РАН
- Выпуск: Том 100, № 2 (2019)
- Страницы: 197-203
- Тип: Теоретическая и клиническая медицина
- Статья получена: 29.03.2019
- Статья опубликована: 29.03.2019
- URL: https://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/11527
- DOI: https://doi.org/10.17816/KMJ2019-197
- ID: 11527
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель. Определить наличие дефицита магния у пациентов с пароксизмальной фибрилляцией предсердий на основе применения комплексного клинико-лабораторного подхода.
Методы. В проспективное когортное исследование были включены 35 пациентов кардиологического отделения Медицинского объединения «Новая больница». Основную группу составили 22 пациента с часто рецидивирующей пароксизмальной формой фибрилляции предсердий, контрольную - 13 пациентов без пароксизмальных нарушений ритма сердца. Проводили оценку клинического статуса, данных холтеровского мониторирования электрокардиограммы, результатов клинического теста наличия дефицита магния, лабораторных показателей кальция, магния в плазме и форменных элементах крови, магния в цельной крови, свободных жирных кислот и осмолярности в плазме крови.
Результаты. Результат клинической оценки дефицита магния в баллах был достоверно выше у пациентов основной группы в сравнении с контрольной [16,5 (11÷21) против 13 (8÷15); p <0,001]. В основной группе зарегистрировано снижение концентрации магния в цельной крови [0,55 (0,5÷0,59) против 0,61 (0,58÷0,54); p=0,002] и внутри форменных элементов [0,68 (0,53÷1,29) против 1,38 (1,29÷1,44); p <0,001]. У пациентов с фибрилляцией предсердий установлено нарушение соотношения кальция и магния в плазме крови [2,5 (2,5÷3) против 2,9 (2,8÷3,15); p=0,029] и внутриклеточно [4,85 (2,62÷9,3) против 1,7 (1,4÷1,95); p=0,002]. На перераспределение кальция и магния может оказывать влияние исходная концентрация не только катионов, но и свободных жирных кислот. Наилучшее перераспределение было получено при концентрации свободных жирных кислот 900 мкмоль/л и содержании магния 1 ммоль/л, а кальция - 3 ммоль/л, что согласуется с оптимальным значением катионов в плазме крови.
Вывод. Пациенты с пароксизмальной фибрилляцией предсердий имели достоверно более низкое содержание магния в цельной крови и внутри ее форменных элементов в сравнении с пациентами без данной аритмии; концентрация магния внутри клеток и в цельной крови тесно коррелировала с результатами клинического теста оценки дефицита магния; на внутриклеточное содержание магния может оказывать влияние комплексообразующее взаимодействие со свободными жирными кислотами.
Полный текст
В настоящее время дефицит магния (ДМ) у пациентов кардиологического профиля — актуальная проблема [1]. В ряде крупных зарубежных исследований были продемонстрированы взаимосвязи ДМ с развитием ишемической болезни сердца [2] и хронической сердечной недостаточности [3], атеросклерозом [4] и нарушениями ритма сердца [5–7], причём в значительном количестве работ указана необходимость восполнения ДМ для снижения сердечно-сосудистой смертности и профилактики перечисленных патологических состояний.
Клиницисты уделяют особое внимание изучению вопросов развития фибрилляции предсердий (ФП), что обусловлено не только распространённостью данной патологии в популяции [8], но и высокой частотой появления серьёзных осложнений, приводящих к снижению качества жизни, инвалидизации и смертности людей трудоспособного возраста [9, 10].
В концепции патогенеза ФП при рассмотрении субстратов для образования фокусного эктопического очага и последующего функционирования петли re-entry активно обсуждают дисфункцию ионных каналов, изменение содержания ионов кальция и магния, структурное ремоделирование предсердий (фиброз), а также дезорганизацию автономной нервной системы [11]. ДМ при данной патологии может иметь принципиальное значение, поскольку внутриклеточный магний регулирует активность Na+-K+-АТФ-азы, трансмембранный градиент натрия и физиологическое напряжение кальция [12].
Субанализ результатов исследования ARIC и Фрамингемской когорты продемонстрировал убедительную взаимосвязь между низким содержанием сывороточного магния и повышенным риском развития ФП [6, 7]. Кроме того, в ряде исследований низкое внутриклеточное содержание магния перед кардиохирургическими вмешательствами коррелировало с повышенным риском развития ФП в послеоперационном периоде [13], причём Henyan и соавт. установили, что наиболее эффективными с позиций профилактики ФП оказались низкие дозы вводимого магния в сравнении с умеренно высокими [14].
Учитывая физиологическую роль внутриклеточного магния, проблемы диагностики и профилактики ДМ представляются сегодня особенно значимыми. При всём обилии клинических тестов на наличие симптомов гипомагниемии и методов химического анализа данного элемента в биологических образцах [15] наиболее часто определяемым в клинике показателем остаётся содержание сывороточного магния, что достаточно спорно соотносится с внутриклеточным содержанием иона и не всегда служит объективным критерием восполнения ДМ. В этой связи поиск наиболее доступных и эффективных методов определения содержания внутриклеточного магния представляет существенный научный и практический интерес.
Цель исследования — определить наличие ДМ у пациентов с пароксизмальной ФП на основе применения комплексного клинико-лабораторного подхода.
В проспективное когортное исследование, проведённое в 2018 г., были включены 35 пациентов кардиологического отделения Медицинского объединения «Новая больница». Основную группу исследования составили 22 пациента с часто рецидивирующей пароксизмальной формой ФП. В контрольную группу были включены 13 пациентов без пароксизмальных нарушений ритма сердца. При анализе клинико-демографических характеристик пациентов (табл. 1) статистической разницы в исследуемых группах не было получено по основным показателям, за исключением расчётной скорости клубочковой фильтрации (СКФ), определённой по формуле CKD-EPI. Однако в исследование не включали пациентов со скоростью клубочковой фильтрации менее 45 мл/мин/1,73 м2 для минимизации влияния значимо сниженной функции почек на электролитный баланс. Кроме того, в качестве дополнительного критерия исключения был обозначен приём препаратов магния и петлевых диуретиков за 3 мес до проведения исследования.
Таблица 1. Клинико-демографические характеристики пациентов
Признак | Группы | p | |
Основная | Контрольная | ||
Пол (женщины/мужчины), n/n (%/%) | 17/5 (77/23) | 8/5 (62/38) | 0,3 |
Возраст, годы, M±m | 64,4±5,8 | 62,6±7,8 | 0,482 |
Курение, n (%) | 3 (13,6) | 4 (30,8) | 0,228 |
Сахарный диабет, n (%) | 6 (27,3) | 3 (23,1) | 0,787 |
Гипотиреоз, n (%) | 10 (45,5) | 4 (30,8) | 0,398 |
Приём алкоголя, % | 18,2 | 7,7 | 0,398 |
Ишемическая болезнь сердца, n (%) | 0 (0) | 0 (0) | 1 |
Гипертоническая болезнь, n (%) | 22 (100) | 13 (100) | 1 |
Хроническая сердечная недостаточность, I функциональный класс, n (%) | 22 (100) | 13 (100) | 1 |
Скорость клубочковой фильтрации, мл/мин/1,73 м2, M±m | 61,95±16,26 | 72,15±6,14 | 0,016 |
Шкала СHA2DS2-VASc, баллы, M±m | 4,45±1,43 | — | — |
Шкала HAS-BLED, баллы, M±m | 2,18±0,66 | — | — |
Наличие пароксизмальной формы ФП признавали, исходя из данных анамнеза пациентов и результатов суточного мониторирования электрокардиограммы по Холтеру, выполненного с использованием системы «Кардиотехника 4000» (Инкарт, Санкт-Петербург).
Клиническая оценка ДМ состояла в проведении всем пациентам модифицированного теста оценки ДМ по Е.А. Тарасову c соавт. [16], включавшего анализ наиболее распространённых проявлений ДМ и факторов, способствующих его прогрессированию. При суммарном балле от 10 до 15 устанавливали начальные проявления ДМ, выше 15 — выраженные. Кроме того, у пациентов основной и контрольной групп осуществляли забор венозной крови натощак в стандартные вакутейнеры для анализа содержания микроэлементов (Becton Dickinson Intertational, США).
От полученных образцов крови 1 мл отбирали для анализа содержания магния в цельной крови методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на базе ЦКП УрО РАН «Геоаналитик».
Разложение проб проводили в тефлоновых бюксах с крышками объёмом 20 мл. К навескам препаратов цельной крови добавляли 1 мл 14 М азотной кислоты и выдерживали на холоде в течение 30 мин. При этом наблюдали бурное выделение газа и образование тёмной пены на поверхности раствора. После окончания реакции внутренние стенки бюксов аккуратно промывали водой и добавляли 0,1 мл Н2О2. Через 15 мин белая пена и бурые хлопья, образовавшиеся в растворе, постепенно оседали на дно, после чего реакция завершалась.
Далее бюксы с образцами выдерживали на плитке при температуре 80 °C до растворения хлопьев, затем закрывали крышками и, добавив 1 мл 14 М HNO3 и 0,1 мл Н2О2, повторно прогревали при этой же температуре в течение 15 мин для гомогенизации растворов. Остывшие растворы количественно переносили в полипропиленовые контейнеры объёмом 50 мл и добавляли 10 мкг/л индия (элемента внутреннего стандарта), а затем доводили до метки ультрачистой водой.
Анализ микроэлементного состава был осуществлён на квадрупольном ИСП-масс-спектрометре NexION 300S (Perkin Elmer). Все измерения проводили в режиме количественного анализа с построением градуировочных кривых (мультиэлементные стандартные растворы PerkinElmer Instruments).
Оставшиеся 3,5 мл крови центрифугировали в течение 5 мин на скорости 3000 об./мин, далее шприцем отбирали плазму крови для последующего проведения анализа на внеклеточное содержание магния и кальция с использованием стандартных реактивов «Магний-Ново» и «Кальций-Ново» (Вектор-Бест, Новосибирск) на ультрафиолетовом спектрофотометре фирмы «Leki» (Финляндия). Содержание свободных жирных кислот (СЖК) в плазме крови было определено спектрофотометрическим методом [17]. Для определения осмолярности плазмы использовали криоскопический медицинский осмометр ОСКР-1М (Крисмас-центр, Москва).
Отделённые центрифугированием форменные элементы крови прокаливали в течение 2 ч в муфельной печи при температуре 1000 °C. Прокалённый остаток растворяли при нагревании в концентрированной соляной кислоте, затем полученный раствор использовали для определения внутриклеточного магния и кальция с применением обозначенных ранее стандартных реактивов «Магний-Ново» и «Кальций-Ново».
После определения содержания микроэлементов рассчитывали кальциево-магниевый индекс (КМИ) как частное от деления содержания внутри- или внеклеточного кальция на содержание внутри- или внеклеточного магния соответственно.
Статистическая обработка результатов произведена в программном пакете SPSS 16.0. Описательная статистика включала расчёт медианы (Me), 25-го и 75-го процентилей (25%÷75%). Для оценки достоверности межгрупповых различий в независимых выборках использовали критерий U-критерий Манна–Уитни. Корреляционные связи между парами количественных признаков оценивали с помощью коэффициента Пирсона. Для сравнений ошибку первого рода признавали статистически значимой при p <0,05.
Исследование одобрено этическим комитетом.
Результаты клинического теста оценки ДМ представлены на рис. 1. Согласно суммарному баллу, определённому при обработке результатов тестирования, пациенты с пароксизмальной ФП имели более выраженный ДМ [16,5 (11÷21)], по сравнению с пациентами из группы контроля [13 (8÷15); p <0,001].
Рис. 1. Оценка дефицита магния (ДМ) с помощью клинического теста; ДИ — доверительный интервал
В табл. 2 представлены результаты определения осмолярности плазмы крови, плазменных концентраций СЖК, кальция, магния (внеклеточно), содержания кальция и магния в форменных элементах (внутриклеточно), а также магния в цельной крови.
Таблица 2. Лабораторные показатели крови пациентов основной и контрольной групп
Признак | Группа | p | |
Фибрилляция предсердий | Контроль | ||
Плазма крови (внеклеточно) | |||
Осмолярность, ммоль/кг | 264 (241,25÷281,25) | 288 (284÷290,5) | 0,002 |
Свободные жирные кислоты, мкмоль/л | 649 (581,5÷847) | 343 (333÷547) | <0,001 |
Магний, ммоль/л | 0,84 (0,82÷0,85) | 0,85 (0,84÷0,87) | 0,18 |
Кальций, ммоль/л | 2,19 (2,1÷2,44) | 2,54 (2,38÷2,78) | 0,009 |
КМИ | 2,5 (2,5÷3) | 2,9 (2,8÷3,15) | 0,029 |
Цельная кровь | |||
Магний, ммоль/л | 0,55 (0,5÷0,59) | 0,61 (0,58÷0,54) | 0,002 |
Форменные элементы (внутриклеточно) | |||
Магний, ммоль/л | 0,68 (0,53÷1,29) | 1,38 (1,29÷1,44) | <0,001 |
Кальций, ммоль/л | 3,72 (2,96÷4,72) | 2,39 (1,89÷2,64) | <0,001 |
КМИ | 4,85 (2,62÷9,3) | 1,7 (1,4÷1,95) | 0,002 |
Примечание: КМИ — кальциево-магниевый индекс.
Анализ плазменных концентраций электролитов свидетельствует о достоверном снижении КМИ (нормативное значение 3:1) у пациентов с ФП, что объяснимо обнаруженным уменьшением внеклеточной концентрации кальция на фоне достоверно сниженной осмолярности плазмы крови.
При значении КМИ у пациентов без ФП, приближенного к 2:1, данный показатель у пациентов основной группы был достоверно выше за счёт увеличения содержания кальция в форменных элементах крови и снижения внутриклеточного магния.
Общее содержание магния в цельной крови по данным масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой было также достоверно ниже у пациентов с ФП в сравнении с пациентами без данной патологии.
Представляется интересным, что традиционный метод определения плазменных концентраций магния не показал достоверной разницы в группах — в отличие от изучения содержания магния внутри форменных элементов и в цельной крови. По данным корреляционного анализа, балл, полученный при использовании теста оценки ДМ, тесно взаимосвязан с содержанием магния в цельной крови (коэффициент корреляции Пирсона –0,65, p <0,001), а также с внутриклеточным содержанием магния (коэффициент корреляции Пирсона –0,44, p=0,007).
Кроме того, было обнаружено, что на содержание магния внутри форменных элементов оказывает значимое влияние содержание СЖК в плазме крови: чем выше плазменные концентрации СЖК, тем ниже внутриклеточное содержание магния (коэффициент корреляции Пирсона –0,57, p <0,001). Тот же достоверный тренд обнаружен и для содержания магния в цельной крови, но в меньшей степени (коэффициент корреляции Пирсона –0,38, p=0,02).
Выявленные зависимости позволили предположить, что на перераспределение внутрь клетки как СЖК, так и катионов кальция и магния могут оказывать влияние следующие взаимодействия:
Mg2+ (Ca2+) + L– → [Mg L]+, (1)
Mg2+ (Ca2+) + 2L– → [Mg L2], (2)
Mg2+ (Ca2+) + 4L– → [Mg L4]2– (3),
где L — СЖК.
Если предположить образование комплексного соединения катионного (1) или анионного (3) типа, то его липофильные свойства должны быть менее выражены по сравнению с комплексными соединениями, образованными по реакции (2).
Одним из возможных методов оценки липофильности соединений служит изучение их перераспределения в неполярный растворитель — хлороформ. Мы провели модельный эксперимент по изучению перераспределения жирных кислот в хлороформ при различных концентрациях СЖК, кальция и магния в исходной системе (рис. 2, 3). Методологическую основу эксперимента составил способ определения СЖК [17]. В качестве контрольных растворов СЖК были использованы растворы стеариновой кислоты в этиловом спирте.
Рис. 2. Перераспределение свободных жирных кислот (СЖК) при различном содержании магния в системе
Рис. 3. Перераспределение свободных жирных кислот (СЖК) при различном содержании кальция в системе
При содержании СЖК 900 мкмоль/л добавление ионов магния в концентрации от 0,5 до 1,5 ммоль/л значительно увеличивало перераспределение жирных кислот в среду хлороформа. Увеличение содержания СЖК до 1200 мкмоль/л или снижение их концентрации до 450 мкмоль/л в исходной системе не приводило к увеличению перераспределения жирных кислот, несмотря на добавление различных концентраций магния. Аналогичная зависимость была получена и в экспериментах с кальцием — лишь при содержании СЖК в количестве 900 мкмоль/л добавление ионов кальция в концентрации от 1,55 до 6,25 ммоль/л приводило к увеличению перераспределения жирных кислот в хлороформ.
Следовательно, можно заключить, что на перераспределение кальция и магния может оказывать влияние не только исходная концентрация катионов, но и СЖК. Наилучшее перераспределение было получено при концентрации СЖК 900 мкмоль/л и содержании магния 1 ммоль/л, а кальция — 3 ммоль/л, что согласуется с оптимальным значением КМИ в плазме крови. Выявленные взаимосвязи можно использовать для дальнейшей разработки мер коррекции и профилактики ДМ у пациентов кардиологического профиля.
Выводы
1. Пациенты с пароксизмальной фибрилляцией предсердий имели достоверно более низкое содержание магния в цельной крови и внутри форменных элементов в сравнении с пациентами без данной аритмии.
2. В проведённом исследовании внутриклеточное содержание магния, определённое спектрофотометрическим методом, и концентрация магния в цельной крови, проанализированная с помощью методики масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, тесно коррелировали с результатами клинического теста оценки дефицита магния — в отличие от плазменных концентраций элемента.
3. На перераспределение кальция и магния может оказывать влияние не только исходная концентрация катионов, но и содержание свободных жирных кислот. Наилучшее перераспределение было получено при концентрации свободных жирных кислот 900 мкмоль/л и содержании магния 1 ммоль/л, а кальция — 3 ммоль/л, что согласуется с оптимальным значением кальциево-магниевого индекса в плазме крови.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.
Авторы выражают благодарность Н.В. Чередниченко за помощь в проведении лабораторного исследования.
Об авторах
Яков Григорьевич Божко
Уральский государственный медицинский университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: yakov-bozhko@yandex.ru
г. Екатеринбург, Россия
Михаил Викторович Архипов
Уральский государственный медицинский университет
Email: yakov-bozhko@yandex.ru
г. Екатеринбург, Россия
Надежда Анатольевна Белоконова
Уральский государственный медицинский университет
Email: yakov-bozhko@yandex.ru
г. Екатеринбург, Россия
Дарья Владимировна Кисёлева
Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого Уральского отделения РАН
Email: yakov-bozhko@yandex.ru
г. Екатеринбург, Россия
Список литературы
- Kolte D., Vijayaraghavan K., Khera S. et al. Role of magnesium in cardiovascular diseases. Cardiol. Rev. 2014; 22 (4): 182-192. doi: 10.1097/CRD.0000000000000003.
- Abbott R.D., Ando F., Masaki K.H. et al. Dietary magnesium intake and the future risk of coronary heart disease (the Honolulu Heart Program). Am. J. Cardiol. 2003; 92 (6): 665-669. doi: 10.1016/S0002-9149(03)00819-1.
- Ichihara A., Suzuki H., Saruta T. Effects of magnesium on the reninangiotensin-aldosterone system in human subjects. J. Lab. Clin. Med. 1993; 122 (4): 432-440. PMID: 8228558.
- King J.L., Miller R.J., Blue J.P.Jr. et al. Inadequate dietary magnesium intake increases atherosclerotic plaque development in rabbits. Nutr. Res. 2009; 29 (5): 343-349. doi: 10.1016/j.nutres.2009.05.001.
- DiCarlo L.A.Jr., Morady F., de Buitleir M. et al. Effects of magnesium sulfate on cardiac conduction and refractoriness in humans. J. Am. Coll. Cardiol. 1986; 7 (6): 1356-1362. doi: 10.1016/S0735-1097(86)80157-7.
- Khan A.M., Lubitz S.A., Sullivan L.M. et al. Low serum magnesium and the development of atrial fibrillation in the community: the Framingham Heart Study. Circulation. 2013; 127 (1): 33-38. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.111.082511.
- Misialek J.R., Lopez F.L., Lutsey P.L. et al. Serum and dietary magnesium and incidence of atrial fibrillation in whites and in African Americans - Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) study. Circ. J. 2013; 77 (2): 323-329. doi: 10.1253/circj.CJ-12-0886.
- Krijthe B.P., Kunst A., Benjamin E.J. et al. Projections on the number of individuals with atrial fibrillation in the European Union, from 2000 to 2060. Eur. Heart J. 2013; 34: 2746-2751. doi: 10.1093/eurheartj/eht280.
- Brüggenjürgen B., Rossnagel K., Roll S. et al. The impact of atrial fibrillation on the cost of stroke: the berlin acute stroke study. Value Health. 2007; 10 (2): 137-143. doi: 10.1111/j.1524-4733.2006.00160.x.
- Sheikh A., Patel N.J., Nalluri N. et al. Trends in hospitalization for atrial fibrillation: epidemiology, cost, and implications for the future. Prog. Cardiovasc. Dis. 2015; 58 (2): 105-116. doi: 10.1016/j.pcad.2015.07.002.
- Andrade J., Khairy P., Dobrev D. et al. The clinical profile and pathophysiology of atrial fibrillation: relationships among clinical features, epidemiology, and mechanisms. Circ. Res. 2014; 114: 1453-1468. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.114.303211.
- Mubagwa K., Gwanyanya A., Zakharov S., Macianskiene R. Regulation of cation channels in cardiac and smooth muscle cells by intracellular magnesium. Arch. Biochem. Biophys. 2007; 458: 73-89. doi: 10.1016/j.abb.2006.10.014.
- Reinhart R.A., Marx J.J., Broste S.K., Haas R.G. Myocardial magnesium: relation to laboratory and clinical variables in patients undergoign cardiac surgery. J. Am. Coll. Cardiol. 1991; 17: 651-670. doi: 10.1016/S0735-1097(10)80179-2.
- Henyan N.K., Gillespie E.L., White C.M. et al. Impact of intravenous magnesium on post-cardiothoracic surgery atrial fibrillation and length of hospital stay: a metaanalysis. Ann. Thorac. Surg. 2005; 80: 2402-2406. doi: 10.1016/j.athoracsur.2005.03.036.
- Громова О.А., Калачёва А.Г., Торшин И.Ю. и др. О диагностике дефицита магния. Архив внутренней мед. 2014; (2): 5-10.
- Тарасов Е.А., Блинов Д.В., Зимовина У.В., Сандакова Е.А. Дефицит магния и стресс: вопросы взаимосвязи, тесты для диагностики и подходы к терапии. Терап. архив. 2015; (9): 114-122. doi: 10.17116/terarkh2015879114-122.
- Орёл Н.М. Биохимия липидов. Практикум для студентов биол. фак. спец. 1-31 01 01 «Биология», специализации 1-31 01 01-05 «Биохимия». Минск: БГУ. 2007; 35 с.