Введение. На современном этапе развития медицины труда вибрационная болезнь (ВБ) рассматривается как хроническое системное заболевание, в основе которого лежит нарушение нейрогуморальной регуляции и формирование стойкого дезадаптационного синдрома. Несмотря на совершенствование мер профилактики, ВБ продолжает занимать лидирующие позиции в структуре профессиональной заболеваемости [1], что обуславливает необходимость поиска новых молекулярно-генетических маркеров донозологических изменений. Генетическая предрасположенность к формированию ВБ широко изучается в современных исследованиях на государственном уровне – в Государственном Докладе о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения 2024 г. представлены данные об усилении негативного эффекта шума и вибрации и повышении риска развития ВБ при носительстве определённых генотипов генов KCNE1, NOS1, IL1β. Таким образом, исследование и обоснование генетических механизмов в формировании и течении ВБ является своевременным и актуальным.

Длительное и интенсивное воздействие вибрационного фактора обладает выраженным стрессорным эффектом, свидетельствующим о неблагоприятных условиях, жёстких требованиях окружающей среды, которые воспринимаются организмом как превышающие его адаптационные возможности [2]. Низкая устойчивость к стрессу является многонаправленным фактором, обуславливающим, в том числе, формирование психических нарушений и снижение качества жизни. Экспериментально установлен комплекс схожих неспецифических реакций, возникающий в ответ на действие разного рода раздражителей, из чего следует, что физиологическая реализация стресса происходит за счёт двух систем — гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (эффектор – кортизол) и симпато-адреналовой (эффекторные гормоны адреналин и норадреналин, в настоящее время к ним относят и дофамин — предшественник норадреналина и адреналина). Симпатоадреналовая система играет ключевую роль в реализации адаптационного ответа организма на хроническое воздействие вибрации. Стабильность её функционирования обеспечивается балансом между процессами синтеза и деградации катехоламинов. Адаптогенное действие вышеуказанных медиаторов заключается в целевом перераспределении метаболизма в пользу органов, противодействующих стрессовому фактору [3]. Лимитирующим ферментом биосинтеза дофамина и норадреналина является фермент тирозингидроксилаза (ТГ), в то время как катехол-О-метилтрансфераза (COMT) участвует в инактивации биоаминов. Катехоламины, являясь гормонами и нейромедиаторами, задействованы во многих когнитивных функциях — памяти, внимании, регуляции эмоций. Изменение содержания данных нейротрансмиттеров в нервной ткани сопровождает биполярное расстройство и формирование зависимостей; нарушение нейротрансмиссии дофамина отождествлено с патогенезом болезни Паркинсона, шизофрении, депрессии и многих других неврологических расстройств [4, 5].

Исследование содержания биогенных аминов и ферментов их синтеза наряду с анализом полиморфных вариантов генов-кандидатов может увеличить эффективность профилактики заболеваний. Доказано, что активное выделение катехоламинов надпочечниками характерно для хронического стресса, в том числе, за счёт воздействия производственной вибрации. Последовательность биохимических реакций обмена катехоламинов в физиологических условиях представлена на рисунке. Основное действие COMT направлено на инактивацию и деградацию дофамина, норадреналина и адреналина. Данный фермент представлен в человеческом организме в двух изоформах: цитозольной (S-COMT), преобладающей в периферических тканях, таких как печень, кровь и почки, и мембраносвязанной (МВ-СОМТ), выполняющей свою функцию в нервной системе [6]. Распространённым функциональным однонуклеотидным полиморфизмом является замена rs4680 G>A в экзоне 4, которая изменяет аминокислотный кодон 108 (Val108Met) в белке S-COMT (цитозольная форма) или 158 (Val158Met) в MB-COMT (мембраносвязанная форма). Установлено, что минорные полиморфные варианты гена СОМТ могут приводить к снижению активности фермента катехол-О-метилтрансферазы [7], что, вероятно, связано с модификацией её структуры. Необходимо отметить, что полиморфизмы СОМТ практически не изучались при профессиональных заболеваниях нервной системы, что усиливает значимость настоящей работы.

Особое значение в модуляции дофаминергической активности имеют генетические полиморфные локусы rs4680 и rs4633 гена COMT. В общей популяции влияние данных полиморфизмов на уровень нейромедиаторов и эмоционально-поведенческие реакции является доказанным. Изменение кодирующего гена меняет термостабильность фермента, что, по-видимому, приводит к критическому изменению его активности. В то же время, в условиях интенсивного производственного стресса индивидуальная генетическая предрасположенность может изменяться под влиянием экзогенных факторов, что приводит к формированию специфических патохимических моделей, характерных для профессиональной патологии. В связи с этим, интересным может являться изучение показателей, отражающих текущее состояние метаболизма катехоламинов, у пациентов с ВБ, носителей тех или иных полиморфных вариантов генов.

Цель исследования — изучить генетические (полиморфные варианты rs4680 и rs4633 гена СОМТ) и биохимические маркеры дезинтеграции катехоламинового обмена в рамках дезадаптационного синдрома у пациентов с вибрационной болезнью.

Материалы и методы. В исследование, выполненное в рамках государственного задания, включено 75 пациентов мужского пола европеоидной расы с ВБ (средний возраст — 49,5±0,5 года). Обследованные длительное время работали в контакте с производственной вибрацией (средний стаж работы во вредных условиях труда — 24,1±0,5 года) в профессиях слесаря-сборщика, сборщика-клепальщика, проходчика, машиниста экскаватора, тракториста. Из них у 54 человек зарегистрирована ВБ 2 степени (умеренных проявлений), у 21 пациента — ВБ 1 степени (начальных проявлений). Группу сравнения для оценки сывороточных концентраций дофамина и тирозингидроксилазы составили 15 условно-здоровых мужчин, работавших в условиях, исключавших воздействие физических и химических факторов (средний возраст — 54,1±3,7 года). От всех обследованных получено подписанное информированное согласие на участие в исследовании.

Для молекулярно-генетического исследования использовалась венозная кровь, которую отбирали в вакутейнеры с К3ЭДТА («Improve», Китай), далее центрифугировали 15 минут при 3000 об/мин, после лейкоцитарную фракцию цельной крови аликвотировали по 300 мкл в эппендорфы на 1,5 мл и хранили в низкотемпературном холодильнике при температуре –40°С (Медицинский морозильник-350 «POZIS», Россия). Для генотипирования полиморфизмов гена СОМТ ДНК выделялась с использованием наборов «ДНК-Экстран-1» («Синтол», Россия, кат. ном. Ex-509-100). Полиморфизмы rs4680 и rs4633 СОМТ генотипировали с помощью коммерческих тест-систем фирмы «Синтол» (Россия, кат. ном. NP-628-100, NP-641‑100) в режиме реального времени на приборе «CFX-96» («BioRad», США), согласно инструкции к оборудованию от производителя.

Для проведения иммуноферментного исследования тирозингидроксилазы и дофамина венозная кровь отбиралась в вакутейнеры с активатором свёртывания («Improve», Китай), после чего центрифугировалась 15 минут при 2000 об/мин и хранилась при температуре –40°С (Медицинский морозильник-350 «POZIS», Россия). Использовались наборы реагентов для иммуноферментного анализа ELISA Cloud-Clone Corp. (кат. ном. CEA851Ge, США) и USCN (кат. ном. RB438S-Hu, Китай) определение продуктов реакции проводилось на спектрофотометре (длина волны 450 нм).

Для математико-статистической обработки данных применялись пакет прикладных программ IBM SPSS Statistics 26 и онлайн-софт https://www.snpstats.net/ (расчёты частот встречаемости генотипов и соответствия их распределения равновесию Харди–Вайнберга, отношение шансов). Проверка распределения на нормальность осуществлялась с помощью критерия Шапиро–Уилка. Для описания признаков рассчитывались интерквартильный диапазон и медиана, применялись абсолютное значение и доля. Для оценки значимости различий между абсолютными количественными показателями использовался критерий Манна–Уитни, относительными — точный критерий Фишера. Различия между показателями оценивались как статистически значимые при р<0,05, при множественных сравнениях — с учётом поправки Бонферонни (p<0,017). В результате анализа распределения частоты генотипов полиморфных вариантов rs4680 и rs4633 СОМТ у пациентов с ВБ в группах с высоким и низким содержанием ТГ на соответствие равновесию Харди–Вайнберга установлено их соответствие ожидаемым.

Результаты. На первом этапе проводилась сравнительная оценка концентраций дофамина и фермента тирозингидроксилазы в сыворотке крови обследованных пациентов с ВБ при сопоставлении с группой сравнения (табл. 1), которая показала отсутствие статистически значимых различий (р=0,10, р=0,74). У лиц с ВБ сывороточная концентрация дофамина составила 57,9 пг/мл, тирозингидроксилазы — 0,140 пг/мл. У лиц с 1 степенью ВБ концентрация дофамина составила 35,9 (31,6–55,0) пг/мл, со 2 степенью ВБ — 51,3 (31,6–70,1) пг/мл (р=0,09). Концентрация ТГ для пациентов с 1 степенью ВБ составила 0,087 (0,050–0,181) пг/мл, со 2 степенью ВБ — 0,146 (0,073–0,216) пг/мл (р=0,3).

Далее проведённый анализ установил, что у пациентов с ВБ, носителей мутантных аллелей (G/A, А/А) полиморфизма rs4680 гена СОМТ, сывороточные концентрации дофамина статистически значимо не отличались от показателей у лиц с основным генотипом.

Однако, лица с гетерозиготным генотипом характеризовались относительно более низкими уровнями ТГ (0,099 пг/мл, сравнение между G/G и G/A генотипами показало значение рманна–уитни=0,09; при сравнении относительных показателей — рточ.крит.фишера=0,02 — у 26% гетерозигот концентрация ТГ составляла меньше медианы группы сравнения), данные показаны в таблице 2. Шанс встретить концентрацию ТГ выше медианы для гетерозигот G/A полиморфизма rs4680 гена СОМТ снижался в 5,9 раза (OR=0,17 (0,03–0,84), p=0,014).

Исследование, выполненное в отношении генотипов другого полиморфизма гена COMT — rs4633 также не выявило статистически значимых связей между концентрациями дофамина. У 39% пациентов с ВБ с генотипом С/Т сывороточная концентрация ТГ была ниже медианы группы сравнения (отмечена тенденция при сравнении генотипов С/Т и Т/Т, рточ.крит.фишера=0,059), а шанс встретить повышенную концентрацию ТГ для них снижен в 3 раза (OR=0,32 (0,12–0,82), p=0,015).

Определение полиморфных вариантов rs4680, проведённое в группе сравнения, показало тенденцию к увеличению сывороточной концентрации дофамина у пациентов, носителей мутантного генотипа (G/A — 53,8 пг/мл, A/A — 52,0 пг/мл) при сопоставлении с нормальным генотипом (А/А — 42,2 пг/мл), в данном случае ограничением являлся размер выборки (табл. 3).

Обсуждение. Результаты, полученные в выполненном исследовании, предоставляют возможность предложить новую гипотезу относительно механизмов формирования нейрогуморальных нарушений при воздействии вибрации. Планируя данное исследование, мы ожидали обнаружить статистически значимые связи между сывороточными концентрациями дофамина и тирозингидроксилазы и полиморфными вариантами гена COMT. Однако, связи между исследуемыми биохимическими и молекулярно-генетическими показателями были рассогласованы, что свидетельствует о дезинтеграции регуляторных механизмов катехоламинового обмена. Так, отсутствуют значимые ассоциации между полиморфными вариантами гена COMT и сывороточной концентрацией дофамина у пациентов с вибрационной болезнью, в то время как в общепопуляционных исследованиях такая зависимость является общеизвестной [8, 9]. В соответствии с теорией адаптационного ответа этот факт можно объяснить как нарушение генной регуляции обмена катехоламинов в условиях действия производственных факторов. Хроническое воздействие высокоинтенсивного вибрационного фактора способствует возникновению патологических изменений, что показано в экспериментальных и клинических исследованиях [10, 11]. Действие вибрации, по всей видимости, может отменять или снижать вклад генетически обусловленных изменений активности фермента COMT, в результате чего концентрация дофамина теряет ассоциацию с генотипом.

Результаты исследования показали отсутствие статистически значимых различий сывороточных концентраций ТГ у пациентов с ВБ при сопоставлении с группой сравнения, несмотря на характерные для вибрационной болезни изменения вегетативной нервной системы [12]. Сохранность уровня ТГ — лимитирующего фермента — может создавать видимость адекватного функционирования системы катехоламинов. Известно, что ТГ экспрессируется в множестве различных структур – дофаминергических и норадренергических нейронах, в надпочечниках [13], а также в белых клетках крови — моноцитах и лимфоцитах [14]. Уровень экспрессии ТГ зависит от таких факторов как стресс, содержание кислорода в крови, концентрации глюкокортикостероидов и Са²⁺. [15]. Несмотря на то, что образование тирозингидроксилазы регулируется по принципу обратной связи при избытке катехоламинов, некоторые её конформации могут оказаться не способными к регуляции продуктами реакции, что нивелирует снижение концентрации фермента [4].

Особое внимание заслуживает высокая коморбидность ВБ и метаболического синдрома (МС), выявленная ранее [16]. Проведённые исследования показали, что его развитие у пациентов с ВБ является формой дезадаптивной компенсации, что находит подтверждение в современных работах, указывающих на тесную взаимосвязь энергетического гомеостаза и дофаминергической системы [17, 18]. Доказано, что дофамин задействован в энергообмене на уровне гипоталамуса, оказывая влияние на аппетит за счёт взаимодействия с различными ядрами [19]. В обзоре Khanh et al. (2014) инсулин и лептин рассматриваются в качестве критических модуляторов активности дофаминергических нейронов [20]. Известно, что на катехоламинпродуцирующих клетках непосредственно экспрессируются рецепторы к инсулину [21], а активация сигнального пути IRS/PI3K/Akt под воздействием инсулина изменяет уровень экспрессии тирозингидроксилазы [22]. Следовательно, можно предположить, что инсулинорезистентность, которая является адаптационным механизмом к неблагоприятным внешним условиям и одним из компонентов МС [19], и гиперинсулинемия, характерная для МС, могут влиять на продукцию дофамина [23].

Таким образом, в соответствии с данными современной научной литературы, регуляция дофаминергических нейронов осуществляется через многокомпонентные каскады, в том числе, с участием инсулина и дофаминового транспортера (DAT) [24, 25]. Наблюдаемые изменения ассоциативных связей COMT у пациентов с ВБ могут быть обусловлены вторичной дезинтеграцией катехоламинергической системы под воздействием вибрации и метаболических нарушений, характерных для ВБ и установленных в предыдущих исследованиях [16]. Исходя из этого, обосновывается необходимость дальнейших исследований на более объёмных выборках с применением поправок на множественные сравнения для исключения статистических погрешностей.

Заключение. Сохранение сывороточной концентрации тирозингидроксилазы на уровне значений группы сравнения подтверждает сохранность потенциала катехоламинергической системы и состояния относительной компенсации на данном этапе развития вибрационной болезни. В то же время утрата ассоциативных связей между полиморфными вариантами гена COMT и уровнем дофамина указывает на рассогласование системы регуляции и качественную перестройку обмена нейромедиаторов под воздействием производственных факторов. Таким образом, комплексная оценка молекулярно-генетических и биохимических маркеров позволяет прийти к заключению – нейромедиаторный обмен при ВБ переходит на новый уровень. Выявленные закономерности показали клиническую целесообразность комплексного диагностического подхода, включающего оценку маркеров дофаминергической системы и генетической предрасположенности, с целью выявления дезадаптационных процессов у рабочих виброопасных профессий.