Clinical and methodological aspects in the diagnosis of magnesium deficiency in patients with paroxysmal atrial fibrillation

Full Text

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.

About the authors

Ya G Bozhko

Ural State Medical University

Author for correspondence.
Email: yakov-bozhko@yandex.ru
Yekaterinburg, Russia

M V Arkhipov

Ural State Medical University

Email: yakov-bozhko@yandex.ru
Yekaterinburg, Russia

N A Belokonova

Ural State Medical University

Email: yakov-bozhko@yandex.ru
Yekaterinburg, Russia

D V Kiseleva

The Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry of the Ural Branch of RAS

Email: yakov-bozhko@yandex.ru
Yekaterinburg, Russia

References

Supplementary files