Доказательства нарушения нормального циркадного ритма выработки кортизола у женщин с ожирением

Гиперактивность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси (ГГНО) может играть определенную роль в патогенезе заболеваний, сопутствующих ожирению, в том числе и относительного гипогонадотропного гипогонадизма, что было отмечено в ходе различных исследований. За последние несколько десятков лет распространенность ожирения в США значительно возросла. Сегодня избыточным весом страдает >35% взрослой и >17% молодой популяции. Гендерные различия при этом отсутствуют. На фоне этого повышаются риски развития ряда соматических заболеваний, включая артериальную гипертензию, дислипидемию и сахарный диабет 2 типа, увеличивая связанную с ними смертность. Взаимосвязь между уровнем кортизола и избыточным весом стала предметом глубокого интереса из-за сходства клинических признаков гиперкортицизма и ожирения. Однако данные относительно связи между ожирением и активацией ГГНО противоречивы.

Физиологическая роль кортизола в жировом обмене сложна. С одной стороны, повышение уровня глюкокортикоидов способствует дифференцировке преадипоцитов в зрелые адипоциты. Но в то же время кортизолу свойственны такие эффекты, как липолиз и расщепление триглицеридов, поэтому в ряде случае он, напротив, может способствовать потере веса.

Также неясно, является ли гиперкортицизм причиной или последствием ожирения, потому что нарушение секреции кортизола описывается и как периферическая регуляция его действия, и как дисрегуляция ГГНО.

В ходе различных исследований была показана высокая вариативность уровня свободного кортизола в моче и выраженности нарушений в ГГНО, особенно при центральном ожирении. Причины противоречивых выводов исследований могут быть связаны с применением различных методов определения в разных биологических средах (слюна, моча, кровь), а уровень кортизола между ними не всегда коррелирует. Кроме этого, во всех работах оценка уровня кортизола проводилась по-разному: определялось среднесуточное значение, уровень после пробуждения или действия раздражителя, среднесуточные колебания.

Мы постарались исследовать все эти показатели у женщин, регулярно ездящих на велосипеде, но с различным индексом массы тела (ИМТ). Уровень кортизола определялся в сыворотке крови в течение всего дня и в вечернее время, была оценена его зависимость от приема пищи, а также корреляция с центральным ожирением и артериальным давлением (АД).

Методы

Участники

Это повторный анализ ранее опубликованного исследования, которое было зарегистрировано на ClinicalTrials.gov (NCT01457703).

Были отобраны женщины с нормальным весом (n=10) и ожирением (n=12), которые регулярно ездили на велосипеде.

Критерии включения:

• возраст 18-40 лет на момент исследования;
• ожирение – ​ИМТ ≥30 кг/м²;
• нормальный вес – ​ИМТ ≥18-25 кг/м²;
• регулярные менструации каждые 25-40 дней;
• исходно нормальные показатели пролактина, тиреотропного гормона и общего анализа крови.

Критерии исключения:

• наличие хронических заболеваний (например, гиперкортицизм);
• применение лекарственных средств, влияющих на репродуктивную систему;
• прием половых стероидов последние 3 мес;
• тренировки >4 ч в неделю;
• планирование беременности.

Все участницы прошли физикальное обследование, тест на беременность и общую метаболическую панель в начале и конце исследования.

Испытание проводилось в центре трансляционных и клинических исследований на базе Медицинского университета штата Колорадо (CTRC).

Наблюдательный совет и все участники эксперимента подписали информированное согласие.

Протокол

Изучение проб крови было запланировано на 6-10-й день после получения положительного результата теста на уровень лютеинизирующего гормона (ЛГ), тем самым гарантированно доказывая, что женщина находится в лютеиновой фазе менструального цикла. Первые 12 ч кровь набирали с интервалом в 10 минут. Гонадорелин (ГнРГ) (Ferring, IND #74202) в дозе 25 нг/кг был введен внутривенно в 12 ч дня, без прекращения забора крови. Вторая доза ГнРГ 150 нг/кг была введена еще через 2 часа. Общая продолжительность частого забора крови составила 16 ч (с 8:00 до 00:00). Прием пищи был в полдень и в 5 ч вечера. Оценка колебаний постпрандиального кортизола проводилась в образцах крови с интервалом в 20 минут.

Гормональные анализы

Кортизол измерялся при помощи прямого хемилюминесцентного анализа (Advia Centaur; Siemens). Коэффициент вариации (КВ) кортизола в пределах одного анализа составил от 2,98 до 3,82%, а межпробный КВ – ​от 1,86 до 5,45%.

Определение уровня инсулина проводилось с использованием той же платформы Siemens со специфическими реагентами. КВ инсулина между пробами и в пределах одного анализа составил 6,2 и 1,6% соответственно.

Кортикостероид-связывающий глобулин (КСГ) измеряли по первому образцу сыворотки. КВ в пределах одного анализа и между пробами составил <10% и <12% соответственно.

Статистический анализ

В указанном исследовании не был проведен расчет размера выборки, поскольку это ретроспективный анализ данных, собранных для изучения особенностей секреции ЛГ и прогестерона у женщин с ожирением.

Среднее значение уровней кортизола сравнивалось между женщинами с ожирением и участницами с нормальным ИМТ для всего исследования и для выбранного временного интервала при помощи t-критерия или U-критерия Манна-Уитни на программной платформе SAS (v9.2 x64) (Cary, NC).

Оцениваемые временные интервалы: послеполуденное (12:00-14:00); послеобеденное (17:00-19:00), вечернее (20:00-00:00) время.

Результаты статистического анализа указывались как среднее значение ± стандартное отклонение, если использовался t-критерий, и как медиана (вероятное отклонение), если был применен U-критерий Манна-Уитни. Коэффициент корреляции Пирсона был рассчитан для морфометрических данных и уровней кортизола (р<0,05 считали статистически значимым).

Результаты

Основные результаты

Демографические и гормональные данные участников исследования приведены в таблице.

В соответствии с дизайном исследования участницы группы ожирения имели значительно более высокий ИМТ и, соответственно, большую окружность талии и бедер, чем участницы из группы здорового веса. Также женщины с избыточным весом были значительно старше, но отличий по этническому происхождению между группами не было.

В группе ожирения регистрировался более высокий средний уровень кортизола в течение всего периода исследования по сравнению с группой нормального веса (6,2 [4,3; 6,6] против 4,7 [3,7; 5,5] мкг/дл соответственно; p=0,04) (рис. 1).

Инсулин также был значительно выше (18,5 [13; 23,1] против 11,2 [9,6; 14,3] МЕ/л соответственно; p=0,02).

При оценке кортизола в разные временные интервалы было отмечено, что его уровень в послеполуденное время был выше у пациенток с избыточной массой тела (7,2 [6,5; 8,6] против (4,4 [3,7; 6,2] мкг/дл соответственно, p<0,01). Вечером у женщин с ожирением также поддерживался высокий уровень кортизола, тогда как у участниц с нормальным весом наблюдалось физиологическое снижение (3,2 [2,3; 4] против 2 [1,5; 3,2] мкг/дл соответственно; p=0,05). Послеобеденный кортизол существенно не отличался в обеих группах.

Средние уровни КСГ в первом образце статистически не отличались между группами (2,7±0,4 против 2,5±0,3 мг/дл).

Корреляции с морфометрией

Средний уровень кортизола умеренно коррелировал с ИМТ (r=0,44; р=0,05) и соотношением талии и бедер (СТБ) (r=0,48; p=0,03) (рис. 2), особенно в вечернее время (r=0,57; p<0,01). Среднее значение постпрандиального кортизола также имело сильную корреляцию с ИМТ (r=0,59; р<0,01).

При сопоставлении уровня кортизола с сердечно-сосудистыми рисками было отмечено, что он тесно связан как с систолическим, так и с диастолическим АД (r=0,55; p<0,01 и r=0,44; р=0,04 соответственно) (рис. 2), при этом корреляция с уровнем вечернего кортизола также была выше (r=0,55; р<0,01 и r=0,45; р=0,04) соответственно.

Обсуждение

В указанном перекрестном исследовании среди женщин без синдрома Кушинга в анамнезе у участниц с ожирением были выявлены более высокий средний уровень кортизола в сыворотке и его повышенная продукция в ответ на прием пищи по сравнению с женщинами с нормальным весом.

Также в группе ожирения был зафиксирован более высокий вечерний кортизол – ​отсутствовало физиологическое снижение, характерное для нормального циркадного ритма выработки кортизола. Такая измененная динамика ГГНО пролила свет на ассоциацию кортизола с ожирением, поскольку количество проб в этом исследовании было значительно более высоким по сравнению с большинством предыдущих работ. Кроме этого была определена взаимосвязь уровня кортизола с действием различных стимулов, таких как прием пищи.

Предыдущие исследования не учитывали такого большого количества параметров. Оценка общего суточного уровня кортизола давала противоречивые результаты, возможно – ​из-за различных дизайнов и методов оценки. Четыре исследования, которые определяли метаболиты свободного кортизола в моче, показали его повышенный уровень при генерализованном и/или абдоминальном ожирении. Другие работы, напротив, не обнаружили никакой связи между повышенной продукцией кортизола и ожирением. Но в одном из этих исследований проводилась оценка только двух утренних проб, а в другом изучались лишь 6 слюнных образцов, набранных в течение 3 дней.

Наши результаты позволяют получить более полную картину по суточной выработке кортизола за счет частого забора крови в течение длительного времени – ​каждые 20 мин в течение 16 ч (48 образцов на человека). И они демонстрируют повышение среднего уровня сывороточного кортизола у женщин с ожирением.

Нормальная кривая суточной концентрации кортизола в крови характеризуется отрицательным градиентом, так как уровень кортизола резко возрастает сразу после пробуждения, а затем плавно снижается в течение дня, что свидетельствует о нормальной функции ГГНО. При оценке суточных колебаний уровня кортизола была установлена корреляция между плато вечернего кортизола и отрицательными результатами физического и психического здоровья. Результаты предыдущих исследований не дали четкого понимания, существует ли постоянная связь между кортизолом и ожирением, но некоторые работы продемонстрировали корреляцию между ИМТ и плато вечернего кортизола.

Данное исследование продемонстрировало, что у женщин с ожирением отсутствует типичное снижение уровня кортизола в вечернее время, характерное для участниц с нормальным весом. Это может указывать на нарушение активации ГГНО и на то, что сохранение высокого уровня кортизола в его самой низкой точке способствует ожирению. Наши выводы перекликаются и с результатами другого перекрестного исследования, в котором уровень кортизола в слюне перед сном растет пропорционально с увеличением ИМТ.

Как было отмечено, повышение уровня кортизола в ответ на физиологические раздражители, такие как прием пищи, позволяет оценить реактивность ГГНО. И результаты нашего исследования согласуются с этими выводами, демонстрируя более высокие уровни кортизола после обеда у лиц с избыточным весом и их корреляцию с абдоминальным ожирением у женщин.

Преимущества этого исследования: высокая частота выборки, синхронизация всех участниц по менструальному циклу, высокая надежность проведенных анализов. Тем не менее имеются и слабые стороны, ограничивающие выводы, – ​это вторичный характер исследования и отсутствие ночной выборки, что ретроспективно могло дать больше информации.

Дизайн этой работы позволяет выявить ассоциации, но возможность построения причинно-следственных связей минимальна. Существует вероятность того, что возрастные различия могли повлиять на уровни кортизола, как это было показано в одном из исследований с участием 54 мужчин и женщин разных возрастных групп, где возраст положительно коррелировал с суточным уровнем свободного кортизола в плазме и повышением его выработки независимо от ИМТ. Тем не менее эти различия прослеживались только при сравнении самых пожилых (от 54 до 70 лет) с наиболее молодыми (от 19 лет до 41 года) участниками. Поэтому маловероятно, что в нашем исследовании возраст имел решающее значение, поскольку в него вошли женщины от 22 до 39 лет, тем более что диапазон вариативности ИМТ был очень широк (от 19 до 64 кг/м²).

Выводы

У женщин с ожирением отмечается более высокий средний уровень кортизола в сыворотке крови наряду с повышением его продукции в ответ на прием пищи через дисрегуляцию ГГНО и физиологического циркадного ритма. Эти нарушения коррелируют с показателями АД и абдоминальным ожирением. Но для получения более точных данных будущее исследование должно быть разработано специально для оценки взаимосвязи уровня кортизола с ожирением.

Список литературы находится в редакции.

Zain A. Al-Safi, Alex Polotsky, Justin Chosich, Lauren Roth, Amanda A. Allshouse, Andrew P. Bradford & Nanette Santoro (2018) Evidence for disruption of normal circadian cortisol rhythm in women with obesity, Gynecological Endocrinology, 34:4, 336-340.

Перевод с англ. Ирины Чумак

Тематичний номер «Діабетологія, Тиреоїдологія, Метаболічні розлади» № 1 (45) березень 2019 р.