Диагностические модели для дифференцирования жировой болезни печени алкогольного и неалкогольного генеза

Введение. Жировая болезнь печени вносит наибольший вклад в бремя хронической патологии печени во всем мире. Имеющиеся в распоряжении подходы не позволяют в достаточной степени дифференцировать алкогольную и неалкогольную этиологию процесса.

Цель. Создать диагностические панели, включающие электрические и вязкоупругие параметры эритроцитов, для различения жировой болезни печени алкогольного и неалкогольного генеза.

Материалы и методы. Обследованы 38 мужчин (47,5 ± 2,9 года) с неалкогольной жировой болезнью печени (НАЖБП); 31 мужчина с алкогольной жировой болезнью печени (АЖБП) (45,1 ± 3,1 года) по данным УЗИ органов брюшной полости, степень фиброза не превышала F1 (FibroScan^® 502). Электрические, вязкоупругие параметры эритроцитов исследованы методом диэлектрофореза с использованием электрооптической системы детекции клеток. Для определения параметров эритроцитов – биомаркеров для различения АЖБП и НАЖБП использована система методов машинного обучения Random Forest.

Результаты. Установлены электрические, вязкоупругие показатели эритроцитов, являющиеся биомаркерами для различения АЖБП и НАЖБП: емкость клеточной мембраны (p = 1,21Е-11), степень изменения амплитуды деформации на частоте 5 х 10⁵ Гц (p = 2,38Е-08), поляризуемость клеток на частоте 10⁶ Гц (p = 9,38Е-08), скорость движения эритроцитов к электродам (p = 4,32Е-06), величина дипольного момента (p = 1,66Е-05), относительная поляризуемость (p = 2,35Е-05), индекс деструкции эритроцитов на частоте 5 х 10⁵ Гц (p = 0,016), положение равновесной частоты (p = 2,13Е-06). Диагностическая модель, включающая пять параметров: положение равновесной частоты, поляризуемость клеток на частоте 10⁶ Гц, электропроводность клеток, емкость мембран, степень изменения амплитуды деформации на частоте 5 х 10⁵ Гц, – обеспечила наиболее высокую диагностическую точность с AUC 0,975, чувствительностью 96,3%, специфичностью 91,8% при дифференцировании АЖБП и НАЖБП.

Выводы. Таким образом, систематическое воздействие алкоголя модифицирует структуру мембран эритроцитов, приводя к снижению поверхностного заряда, барьерной функции мембран, снижая резистентность клеток, их способность к деформации, что обусловливает ключевую роль выявленных электрических, вязкоупругих параметров эритроцитов в дифференцировании АЖБП и НАЖБП.

1. Chalasani N, Younossi Z, Lavine JE, Diehl AM, Brunt EM, Cusi K et al. The diagnosis and management of non-alcoholic fatty liver disease: practice Guideline by the American Association for the Study of Liver Diseases, American College of Gastroenterology, and the American Gastroenterological Association. Hepatology. 2012;55(6):2005–2023. http://doi.org/10.1002/hep.25762.

2. Younossi Z, Henry L. Contribution of Alcoholic and Nonalcoholic Fatty Liver Disease to the Burden of Liver-Related Morbidity and Mortality. Gastroenterology. 2016;150(8):1778–1785. http://doi.org/10.1053/j.gastro.2016.03.005.

3. Paik JM, Golabi P, Biswas R, Alqahtani S, Venkatesan C, Younossi ZM. Nonalcoholic Fatty Liver Disease and Alcoholic Liver Disease are Major Drivers of Liver Mortality in the United States. Hepatol Commun. 2020;4(6):890–903. http://doi.org/10.1002/hep4.1510.

4. European Association for the Study of the Liver (EASL); European Association for the Study of Diabetes (EASD); European Association for the Study of Obesity (EASO). EASL-EASD-EASO Clinical Practice Guidelines for the management of non-alcoholic fatty liver disease. J Hepatol. 2016;64(6):1388–402. http://doi.org/10.1016/j.jhep.2015.11.004.

5. Bedossa P. Pathology of non-alcoholic fatty liver disease. Liver Int. 2017;37(Suppl. 1):85–89. http://doi.org/10.1111/liv.13301.

6. Cotter TG, Rinella M. Nonalcoholic Fatty Liver Disease 2020: The State of the Disease. Gastroenterology. 2020;158(7):1851–1864. http://doi.org/10.1053/j.gastro.2020.01.052.

7. Targher G, Byrne CD, Tilg H. NAFLD and increased risk of cardiovascular disease: clinical associations, pathophysiological mechanisms and pharmacological implications. Gut. 2020;69(9):1691–1705. http://doi.org/10.1136/gutjnl-2020-320622.

8. Ekstedt M, Franzén LE, Mathiesen UL, Thorelius L, Holmqvist M, Bodemar G et al. Long-term follow-up of patients with NAFLD and elevated liver enzymes. Hepatology. 2006;44(4):865–873. http://doi.org/10.1002/hep.21327.

9. Musso G, Gambino R, Tabibian JH, Ekstedt M, Kechagias S, Hamaguchi M et al. Association of non-alcoholic fatty liver disease with chronic kidney disease: a systematic review and meta-analysis. PLoS Med. 2014;11(7):e1001680. http://doi.org/10.1371/journal.pmed.1001680.

10. Arab JP, Roblero JP, Altamirano J, Bessone F, Chaves Araujo R, Higuera-De la Tijera F et al. Alcohol-related liver disease: Clinical practice guidelines by the Latin American Association for the Study of the Liver (ALEH). Ann Hepatol. 2019;18(3):518–535. http://doi.org/10.1016/j.aohep.2019.04.005.

11. Frazier TH, Stocker AM, Kershner NA, Marsano LS, McClain CJ. Treatment of alcoholic liver disease. Therap Adv Gastroenterol. 2011;4(1):63–81. http://doi.org/10.1177/1756283X10378925.

12. Singal AK, Bataller R, Ahn J, Kamath PS, Shah VH. ACG Clinical Guideline: Alcoholic Liver Disease. Am J Gastroenterol. 2018;113(2):175–194. http://doi.org/10.1038/ajg.2017.469.

13. Jia Y, Ji P, Nguyen L, French B, Tillman B, French S. Different Roles of Epigenetic Regulators and Inflammasome in Hepatocellular Carcinoma Tumorigenesis in Patients with ASH vs. NASH. Experimental Biology. 2019;A67:662–667. http://doi.org/10.31487/j.COR.2019.03.04.

14. Rinella ME, Lazarus JV, Ratziu V, Francque SM, Sanyal AJ, Kanwal F. et al. NAFLD Nomenclature consensus group. A multisociety Delphi consensus statement on new fatty liver disease nomenclature. Ann Hepatol. 2024;29(1):101133. http://doi.org/10.1016/j.aohep.2023.101133.

15. Idalsoaga F, Kulkarni AV, Mousa OY, Arrese M, Arab JP. Non-alcoholic Fatty Liver Disease and Alcohol-Related Liver Disease: Two Intertwined Entities. Front Med (Lausanne). 2020;7:448. http://doi.org/10.3389/fmed.2020.00448.

16. Подымова СД. Болезни печени. Изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Медицинское информационное агентство; 2018. 984 c.

17. Радченко ВГ, Шабров АВ, Зиновьева ЕН, Ситкин СИ. Заболевания печени и желчевыводящих путей. СПб.: Спец Лит; 2011. 560 с. Режим доступа: https://speclit.su/image/catalog/978-5-299-00348-2/978-5-299-00348-2.pdf.

18. Кручинина МВ, Паруликова МВ, Курилович СА, Громов АА, Генералов ВМ, Кручинин ВН. и др. Возможности метода диэлектрофореза эритроцитов в дифференцировании жировой болезни печени алкогольного и неалкогольного генеза у мужчин. Атеросклероз. 2020;16(4):27–42. http://doi.org/10.15372/ATER20200404.

19. Кручинина МВ, Паруликова МВ, Громов АА, Генералов ВМ, Генералов КВ, Кручинин ВН и др. Острое воздействие этанола на эритроциты in vitro: новый подход к дифференциальной диагностике жировой болезни печени. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2019;172(12):122–134. http://doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-172-12-122-134.

20. Кручинина МВ, Паруликова МВ, Першина НЕ, Кручинина ЭВ Жирные кислоты мембран эритроцитов как биомаркеры неалкогольной жировой болезни печени у мужчин. Атеросклероз. 2022;18(4):362–380. http://doi.org/10.52727/2078-256Х-2022-18-4-362-380.

21. Кручинина МВ, Паруликова МВ, Белковец АВ, Николаев КЮ, Овсянникова АК. Особенности жирнокислотного профиля мембран эритроцитов у пациентов с жировой болезнью печени алкогольного генеза. Медицинский совет. 2023;17(18):146–158. http://doi.org/10.21518/ms2023-391.

22. Ивашкин ВТ, Маевская МВ, Жаркова МС, Котовская ЮВ, Ткачева ОН, Трошина ЕА и др. Клинические рекомендации Российского общества по изучению печени, Российской гастроэнтерологической ассоциации, Российской ассоциации эндокринологов, Российской ассоциации геронтологов и гериатров и Национального общества профилактической кардиологии по диагностике и лечению неалкогольной жировой болезни печени. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2022;32(4):104–140. https://doi.org/10.22416/1382-4376-2022-32-4-104-140.

23. Лазебник ЛБ, Голованова ЕВ, Туркина СВ, Райхельсон КЛ, Оковитый СВ, Драпкина ОМ и др. Неалкогольная жировая болезнь печени у взрослых: клиника, диагностика, лечение. Рекомендации для терапевтов, третья версия. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2021;1(1):4–52. https://doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-185-1-4-52.

24. Khang AR, Lee HW, Yi D, Kang YH, Son SM. The fatty liver index, a simple and useful predictor of metabolic syndrome: analysis of the Korea National Health and Nutrition Examination Survey 2010-2011. Diabetes Metab Syndr Obes. 2019;12:181–190. http://doi.org/10.2147/DMSO.S189544.

25. Рекомендации экспертов Всероссийского научного общества кардиологов по диагностике и лечению метаболического синдрома (2-й пересмотр). Практическая медицина. 2010;(5):81–101. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/rekomendatsii-ekspertov-vserossiyskogonauchnogo-obschestva-kardiologov-po-diagnostike-i-lecheniyumetabolicheskogo-sindroma-vtoroy-1?ysclid=m152npv4fe619707186.

26. Dietrich CF, Bamber J, Berzigotti A, Bota S, Cantisani V, Castera L et al. EFSUMB Guidelines and Recommendations on the Clinical Use of Liver Ultrasound Elastography, Update 2017 (Long Version). Ultraschall Med. 2017;38(4):e16-e47. http://doi.org/10.1055/s-0043-103952.

27. Генералов КВ, Кручинина МВ, Сафатов АС, Генералов ВМ, Буряк ГА, Громов АА и др. Диэлектрофорез в медицине. Новосибирск: Офсет-ТМ; 2024. 200 с.

28. Breiman L. Random Forests. Machine Learning. 2001;45:5–32. http://doi.org/10.1023/A:1010933404324.

29. Fedchuk L, Nascimbeni F, Pais R, Charlotte F, Housset C, Ratziu V. LIDO Study Group. Performance and limitations of steatosis biomarkers in patients with nonalcoholic fatty liver disease. Aliment Pharmacol Ther. 2014;40(10):1209–1222. http://doi.org/10.1111/apt.12963.

30. EASL-EASD-EASO Clinical Practice Guidelines for the management of non-alcoholic fatty liver disease. Clinical Practice Guidelines. J Hepatology. 2016;64(6):1388–1402. http://doi.org/10.1016/j.jhep.2015.11.004.

31. Zhang X, Wong GL, Wong VW. Application of transient elastography in nonalcoholic fatty liver disease. Clin Mol Hepatol. 2020;26(2):128–141. http://doi.org/10.3350/cmh.2019.0001n.

32. Cheeseman J, Kuhnle G, Spencer DIR, Osborn HMI. Assays for the identification and quantification of sialic acids: Challenges, opportunities and future perspectives. Bioorg Med Chem. 2021;30:115882. http://doi.org/10.1016/j.bmc.2020.115882.

33. Dobrzynska I, Szachowicz-Petelska B, Skrzydlewska E, Figaszewski ZA. Changes in electric charge and phospholipids composition in erythrocyte membrane of ethanol-poisoned rats after administration of teas. Acta Pol Pharm. 2004;61(6):483–487. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15794343.

34. Piagnerelli M, Zouaoui Boudjeltia K, Vanhaeverbeek M. Red Blood Cell Desialylation in Critically III Patients: An Underestimated Cause of Anemia. In: Vincent JL (ed.). Intensive Care Medicine. Springer, New York, NY.; 2006, pp. 297–305. http://doi.org/10.1007/0-387-35096-9_28.

35. Mehdi MM, Singh P, Rizvi SI. Erythrocyte sialic acid content during aging in humans: correlation with markers of oxidative stress. Dis Markers. 2012;32(3):179–186. http://doi.org/10.3233/DMA-2011-0871.

36. Radosinska J, Vrbjar N. Erythrocyte Deformability and Na, K-ATPase Activity in Various Pathophysiological Situations and Their Protection by Selected Nutritional Antioxidants in Humans. Int J Mol Sci. 2021;22(21):11924. http://doi.org/10.3390/ijms222111924.

37. Petelska AD, Szeremeta M, Kotyńska J, Niemcunowicz-Janica A. Experimental and Theoretical Approaches to Describing Interactions in Natural Cell Membranes Occurring as a Result of Fatal Alcohol Poisoning. Membranes (Basel). 2021;11(3):189. http://doi.org/10.3390/membranes11030189.

38. Наточин ЮВ (ред.). Патофизиология крови. СПб.: «Издательство БИНОМ» – «Невский диалог»; 2000.

39. Chen X, Huang Y, Liu W, Yuan Z. Membrane surface charge and morphological and mechanical properties of young and old erythrocytes. Current Applied Physics. 2007;7(1):e94-e96. http://doi.org/10.1016/j.cap.2006.11.024.

40. Muravyov A, Tikhomirova I. Role Ca(2+) in mechanisms of the red blood cells microrheological changes. Adv Exp Med Biol. 2012;740:1017–1038. http://doi.org/10.1007/978-94-007-2888-2_47.

41. Новицкий ВВ, Рязанцева НВ, Степовая ЕА. Физиология и патофизиология эритроцита. Томск: Изд-во ТГУ; 2004. 202 c.

42. Fernandes HP, Cesar CL, Barjas-Castro Mde L. Electrical properties of the red blood cell membrane and immunohematological investigation. Rev Bras Hematol Hemoter. 2011;33(4):297–301. http://doi.org/10.5581/1516-8484.20110080.

43. Tyulina OV, Prokopieva VD, Boldyrev AA, Johnson P. Erythrocyte and plasma protein modification in alcoholism: a possible role of acetaldehyde. Biochim Biophys Acta. 2006;1762(5):558–563. http://doi.org/10.1016/j.bbadis.2006.03.003.

44. Bulle S, Reddy VD, Padmavathi P, Maturu P, Puvvada PK, Nallanchakravarthula V. Association between alcohol-induced erythrocyte membrane alterations and hemolysis in chronic alcoholic. J Clin Biochem Nutr. 2017;60(1):63–69. http://doi.org/10.3164/jcbn.16-16.

45. Patra M, Salonen E, Terama E, Vattulainen I, Faller R, Lee BW et al. Under the Influence of Alcohol: The Effect of Ethanol and Methanol on Lipid Bilayers. Biophys J. 2006;90:1121–1135. http://doi.org/10.1529/biophysj.105.062364.

46. Lee SY, Park HJ, Best-Popescu C, Jang S, Park YK. The Effects of Ethanol on the Morphological and Biochemical Properties of Individual Human Red Blood Cells. PLoS ONE. 2015;10:e0145327. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0145327.

47. Welbourn EM, Wilson MT, Yusof A, Metodiev MV, Cooper CE. The mechanism of formation, structure and physiological relevance of covalent hemoglobin attachment to the erythrocyte membrane. Free Radic Biol Med. 2017;103:95–106. http://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2016.12.024.

48. Ebrahimi S, Bagchi P. A computational study of red blood cell deformability effect on hemodynamic alteration in capillary vessel networks. Sci Rep. 2022;12(1):4304. http://doi.org/10.1038/s41598-022-08357-z.

49. Rabai M, Detterich JA, Wenby RB, Toth K, Meiselman HJ. Effects of ethanol on red blood cell rheological behavior. Clin Hemorheol Microcirc. 2014;56(2):87–99. http://doi.org/10.3233/CH-2012-1632.

50. Palmieri VO, Cicco G, Minerva F, Portincasa P, Grattagliano I, Memeo V, Palasciano G. Red blood cells (RBC) deformability and aggregability: alterations in alcoholism. Adv Exp Med Biol. 2006;578:125–131. https://doi.org/10.1007/0-387-29540-2_20.

51. Liu L, Huang S, Xu X, Han J. Study of individual erythrocyte deformability susceptibility to INFeD and ethanol using a microfluidic chip. Sci Rep. 2016;6:22929. http://doi.org/10.1038/srep22929.

52. Brun JF, Varlet-Marie E, Myzia J, Raynaud de Mauverger E, Pretorius E. Metabolic Influences Modulating Erythrocyte Deformability and Eryptosis. Metabolites. 2021;12(1):4. http://doi.org/10.3390/metabo12010004.

53. Arendt BM, Ma DW, Simons B, Noureldin SA, Therapondos G, Guindi M et al. Nonalcoholic fatty liver disease is associated with lower hepatic and erythrocyte ratios of phosphatidylcholine to phosphatidylethanolamine. Appl Physiol Nutr Metab. 2013;38(3):334–340. http://doi.org/10.1139/apnm-2012-0261.

54. Li Z, Agellon LB, Allen TM, Umeda M, Jewell L, Mason A et al. The ratio of phosphatidylcholine to phosphatidylethanolamine influences membrane integrity and steatohepatitis. Cell Metab. 2006;3(5):321–331. http://doi.org/10.1016/j.cmet.2006.03.007.

55. Dinkla S, van Eijk LT, Fuchs B, Schiller J, Joosten I, Brock R et al. Inflammationassociated changes in lipid composition and the organization of the erythrocyte membrane. BBA Clin. 2016;5:186–192. http://doi.org/10.1016/j.bbacli.2016.03.007.

56. Straface E, Gambardella L, Mattatelli A, Canali E, Boccalini F, Agati L et al. The red blood cell as a gender-associated biomarker in metabolic syndrome: a pilot study. Int J Cell Biol. 2011;2011:204157. http://doi.org/10.1155/2011/204157.

57. Otogawa K, Kinoshita K, Fujii H, Sakabe M, Shiga R, Nakatani K et al. Erythrophagocytosis by liver macrophages (Kupffer cells) promotes oxidative stress, inflammation, and fibrosis in a rabbit model of steatohepatitis: implications for the pathogenesis of human nonalcoholic steatohepatitis. Am J Pathol. 2007;170(3):967–980. http://doi.org/10.2353/ajpath.2007.060441.

58. Elizondo A, Araya J, Rodrigo R, Poniachik J, Csendes A, Maluenda F et al. Polyunsaturated fatty acid pattern in liver and erythrocyte phospholipids from obese patients. Obesity (Silver Spring). 2007;15(1):24–31. http://doi.org/10.1038/oby.2007.518.

59. Notarnicola M, Caruso MG, Tutino V, Bonfiglio C, Cozzolongo R, Giannuzzi V et al. Significant decrease of saturation index in erythrocytes membrane from subjects with non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). Lipids Health Dis. 2017;16(1):160. http://doi.org/10.1186/s12944-017-0552-0.

60. Rose M, Veysey M, Lucock M, Niblett S, King K, Baines S et al. Association between erythrocyte omega-3 polyunsaturated fatty acid levels and fatty liver index in older people is sex dependent. J Nutr Intermed Metab. 2016;5:78–85. http://doi.org/10.1016/j.jnim.2016.04.007.

61. Amirkalali B, Sohrabi MR, Esrafily A, Jalali M, Gholami A, Hosseinzadeh P et al. Erythrocyte membrane fatty acid profile & serum cytokine levels in patients with non-alcoholic fatty liver disease. Indian J Med Res. 2018;147(4):352–360. http://doi.org/10.4103/ijmr.IJMR_1065_16.

62. Jacobs S, Jäger S, Jansen E, Peter A, Stefan N, Boeing H et al. Associations of Erythrocyte Fatty Acids in the De Novo Lipogenesis Pathway with Proxies of Liver Fat Accumulation in the EPIC-Potsdam Study. PLoS ONE. 2015;10(5):e0127368. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0127368.

63. Yoo JH, Kang YM, Cho YK, Lee J, Jung CH, Park JY et al. The haemoglobin glycation index is associated with nonalcoholic fatty liver disease in healthy subjects. Clin Endocrinol (Oxf). 2019;91(2):271–277. http://doi.org/10.1111/cen.14001.

64. Yu C, Wang L, Xue H, Lin H, Li Y, Chan SO. Association of glycated hemoglobin with the risk of advanced fibrosis in non-alcoholic fatty liver disease patients without diabetes. Clin Res Hepatol Gastroenterol. 2019;43(1):58–66. http://doi.org/10.1016/j.clinre.2018.08.007.

65. Chen C, Zhu Z, Mao Y, Xu Y, Du J, Tang X et al. HbA1c may contribute to the development of non-alcoholic fatty liver disease even at normal-range levels. Biosci Rep. 2020;40(1):BSR20193996. http://doi.org/10.1042/BSR20193996.

66. Srivastava MR, Mahdi F, Mahdi AA, Ahmad S, Chandra A. Biological effects of C-peptide and proinsulin: we jibe together. Era’s J Med Res. 2019;6(1):103–109. http://doi.org/10.24041/ejmr2019.115.