Электрические и вязкоупругие параметры эритроцитов в составе диагностических моделей для дифференцирования жировой болезни печени смешанного генеза от неалкогольной и алкогольной жировой болезни печени

Цель исследования: создание диагностических моделей, включающих электрические, вязкоупругие параметры эритроцитов, для различения жировой болезни печени смешанной этиологии (метаболическая + алкогольная) от неалкогольной и алкогольной жировой болезни печени.

Материалы и методы. Обследованы 46 мужчин с неалкогольной жировой болезнью печени (НАЖБП), 43 мужчины с алкогольной жировой болезнью печени (АЖБП) и 54 мужчины с жировой болезнью печени (ЖБП) смешанного генеза (метаболический + алкогольный); средний возраст обследованных составил 48,4 ± 9,6 года. Диагноз был выставлен на основании данных ультразвукового исследования печени и индекса стеатоза печени FLI со степенью фиброза не более F1 (FibroScan^® 502, Echosens, Франция). Электрические, вязкоупругие параметры эритроцитов исследованы методом диэлектрофореза с помощью электрооптической системы детекции клеток.

Результаты. Наиболее значимыми для дифференцирования ЖБП смешанного генеза (метаболический + алкогольный) от НАЖБП при использовании метода Volcano plot оказались поляризуемость клеток на частоте 10⁶ Гц (p = 6,49 ×10^-5), емкость клеточной мембраны эритроцитов (p = 0,00077) и относительная поляризуемость (p = 0,001), уровни которых были выше у пациентов с НАЖБП. Напротив, индекс деструкции эритроцитов на частоте 10⁵ Гц оказался выше при смешанном генезе ЖБП (p = 0,047), а равновесная частота смещена в высокочастотный диапазон по сравнению с показателями при НАЖБП (p = 0,0005). Дискриминантный анализ дополнительно выявил значимость степени деформации эритроцитов на частоте 5 ×10⁵ Гц в различении ЖБП смешанного генеза и НАЖБП. Диагностическая модель при дифференцировании ЖБП смешанного генеза от НАЖБП, включающая вышеописанные параметры эритроцитов, обеспечила AUC 0,829 (доверительный интервал (ДИ): 0,742–0,916), чувствительность — 80,9 %, специфичность — 83,3 %.

Установлены два показателя эритроцитов, статистически значимо отличающие жировую болезнь печени смешанного генеза от АЖБП (Volcano plot), — это индекс деструкции на частоте 5 ×10⁵ Гц, который был выше при АЖБП (p = 0,0007), и емкость мембран клеток, величина которой преобладала при ЖБП смешанного генеза (p = 0,011). При различении ЖБП смешанного генеза от АЖБП комбинированная модель с включением трех параметров эритроцитов — индекса деструкции на частоте 5 ×10⁵ Гц, емкости мембран эритроцитов и поляризуемости на частоте 10⁶ Гц — показала наиболее высокие уровни диагностической точности: AUC = 0,751 (ДИ: 0,611–0,908) с чувствительностью 79,5 %, специфичностью 74,7 %.

Заключение. Электрические и вязкоупругие параметры эритроцитов, изученные с помощью метода диэлектрофореза, следует рассматривать как перспективные биомаркеры для диагностики диффузной патологии печени.

1. Cotter T.G., Rinella M. Nonalcoholic fatty liver disease 2020: The state of the disease. Gastroenterology. 2020;158(7):1851–64. DOI: 10.1053/j.gastro.2020.01.052

2. Paik J.M., Golabi P., Biswas R., Alqahtani S., Venkatesan C., Younossi Z.M. 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. DOI: 10.1002/hep4.1510

3. Craciun A., Lackner C., Cortez-Pinto H. Nonalcoholic fatty liver disease versus alcohol-related liver disease: Is it really so different? Curr Pharm Des. 2020;26(10):1093–109. DOI: 10.2174/1381612826666200122152417

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. DOI: 10.1016/j.jhep.2015.11.004

5. Eslam M., Sanyal A.J., George J.; International Consensus Panel. MAFLD: A consensus-driven proposed nomenclature for metabolic associated fatty liver disease. Gastroenterology. 2020;158(7):1999–2014.e1. DOI: 10.1053/j.gastro.2019.11.312

6. Seitz H.K., Mueller S., Hellerbrand C., Liangpunsakul S. Effect of chronic alcohol consumption on the development and progression of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). Hepatobiliary Surg Nutr. 2015;4(3):147–51. DOI: 10.3978/j.issn.2304-3881.2014.12.01

7. Åberg F., Puukka P., Salomaa V., Männistö S., Lundqvist A., Valsta L., et al. Risks of light and moderate alcohol use in fatty liver disease: Follow-up of population cohorts. Hepatology. 2020;71(3):835–48. DOI: 10.1002/hep.30864

8. Yi S.W., Choi J.S., Yi J.J., Lee Y.H., Han K.J. Risk factors for hepatocellular carcinoma by age, sex, and liver disorder status: A prospective cohort study in Korea. Cancer. 2018;124(13):2748–57. DOI: 10.1002/cncr.31406

9. Idalsoaga F., Kulkarni A.V., Mousa O.Y., Arrese M., Arab J.P. Non-alcoholic fatty liver disease and alcohol-related liver disease: Two intertwined entities. Front Med (Lausanne). 2020;7:448. DOI: 10.3389/fmed.2020.00448

10. Chen Z., Ma Y., Cai J., Sun M., Zeng L., Wu F. et al. Serum biomarkers for liver fibrosis. Clin Chim Acta. 2022;537:16–25. DOI: 10.1016/j.cca.2022.09.022

11. Райхельсон К.Л., Маевская М.В., Жаркова М.С., Гречишникова В.Р., Оковитый С.В., Деева Т.А. и др. Жировая болезнь печени: новая номенклатура и ее адаптация в Российской Федерации. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2024;34(2):35–44. DOI: 10.22416/1382-4376-2024-961

12. Кручинина М.В., Паруликова М.В., Курилович С.А., Громов А.А., Генералов В.М., Кручинин В.Н. и др. Возможности метода диэлектрофореза эритроцитов в дифференцировании жировой болезни печени алкогольного и неалкогольного генеза у мужчин. Атеросклероз. 2020;16(4):27–42. DOI: 10.15372/ATER20200404

13. Генералов В.М., Кручинина М.В., Дурыманов А.Г., Медведев А.А., Сафатов А.С., Сергеев А.Н. и др. Диэлектрофорез в диагностике инфекционных и неинфекционных заболеваний. Новосибирск: ЦЭРИС, 2011.

14. Кручинина М.В., Паруликова М.В., Громов А.А., Генералов В.М., Генералов К.В., Кручинин В.Н. и др. Острое воздействие этанола на эритроциты in vitro: новый подход к дифференциальной диагностике жировой болезни печени. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2019;172(12):122–34. DOI: 10.31146/1682-8658-ecg-172-12-122-134

15. Кручинина М.В., Осипенко М.Ф., Паруликова М.В., Белковец А.В., Кручинина Э.В. Диагностические модели, включающие электрические, вязкоупругие параметры эритроцитов, для дифференцирования жировой болезни печени алкогольного и неалкогольного генеза. РМЖ. Медицинское обозрение. 2024;8(6): принято в печать.

16. Ивашкин В.Т., Маевская М.В., Жаркова М.С., Котовская Ю.В., Ткачева О.Н., Трошина Е.А. 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):104–40. DOI: 10.22416/1382-4376-2022-32-4-104-140

17. Khang A.R., Lee H.W., Yi D., Kang Y.H., Son S.M. 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;12:181–90. DOI: 10.2147/DMSO.S189544

18. Рекомендации экспертов Всероссийского научного общества кардиологов по диагностике и лечению метаболического синдрома (2-й пересмотр). Практическая медицина. 2010;5(44):81–101.

19. Kotronen A., Peltonen M., Hakkarainen A., Sevastianova K., Bergholm R., Johansson L.M., et al. Prediction of non-alcoholic fatty liver disease and liver fat using metabolic and genetic factors. Gastroenterology. 2009;137(3):865–72. DOI: 10.1053/j.gastro.2009.06.005

20. Shah A.G., Lydecker A., Murray K., Tetri B.N., Contos M.J., Sanyal A.J.; Nash Clinical Research Network. Comparison of noninvasive markers of fibrosis in patients with nonalcoholic fatty liver disease. Clin Gastroenterol Hepatol. 2009;7(10):1104–12. DOI: 10.1016/j.cgh.2009.05.033

21. Breiman L. Random forests. Machine Learning. 2001;45:5–32. DOI: 10.1023/A:1010933404324

22. Uslusoy H.S., Nak S.G., Gülten M., Biyikli Z. Non-alcoholic steatohepatitis with normal aminotransferase values. World J Gastroenterol. 2009;15(15):1863–8. DOI: 10.3748/wjg.15.1863

23. Burt A.D., Ferrell L.D., Hübscher S.G. MacSween's pathology of the liver, 8th Edition. Elsevier; 2024.

24. Zhang X., Wong G.L., Wong V.W. Application of transient elastography in nonalcoholic fatty liver disease. Clin Mol Hepatol. 2020;26(2):128–41. DOI: 10.3350/cmh.2019.0001n

25. Osna N.A., Tikhanovich I., Ortega-Ribera M., Mueller S., Zheng C., Mueller J., et al. Alcohol-associated liver disease outcomes: Critical mechanisms of liver injury progression. Biomolecules. 2024;14(4):404. DOI: 10.3390/biom14040404

26. Mueller S. Pathophysiology of alcoholic hepatitis: Emerging role of enhanced red blood cell turnover. In: Mueller S., Heilig M. (eds) Alcohol and alcohol-related diseases. Springer, Cham; 2023:1211–23. DOI: 10.1007/978-3-031-32483-3_64

27. Wang Y., Yang P., Yan Z., Liu Z., Ma Q., Zhang Z., et al. The relationship between erythrocytes and diabetes mellitus. J Diabetes Res. 2021;2021:6656062. DOI: 10.1155/2021/6656062

28. Kruchinina M.V., Gromov A.A., Generalov V.M., Kruchinin V.N. Possible differential diagnosis of the degrees of rheological disturbances in patients with type 2 diabetes mellitus by dielectrophoresis of erythrocytes. J Pers Med. 2020;10(3):60. DOI: 10.3390/jpm10030060

29. Mueller S. Evidence for red blood cell-derived aspartate aminotransferase in heavy drinkers. In: Mueller S., Heilig M. (eds) Alcohol and alcohol-related diseases. Springer, Cham; 2023:785–93. DOI: 10.1007/978-3-031-32483-3_41

30. Kruchinina M.V., Kurilovich S.А., Gromov А.А., Generalov V.М., Kruchinin V.N. Peculiarities of erythrocytic parameters in patients with nonalcoholic steatohepatitis. Journal of Analytical Sciences, Methods and Instrumentation. 2016;6(1):6–14. DOI: 10.4236/jasmi.2016.61002

31. Dimeski G., Mollee P., Carter A. Increased lipid concentration is associated with increased hemolysis. Clin Chem. 2005;51(12):2425. DOI: 10.1373/clinchem.2005.058644

32. Gils C., Hansen D.L., Nybo M., Frederiksen H. Elevated Hemolysis Index is associated with higher risk of cardiovascular diseases. Clin Chem Lab Med. 2023;61(8):1497–505. DOI: 10.1515/cclm-2023-0114

33. Wang Y., Ming J., Guo Z., Zhang W., Li X., Zhou S., et al. Association of serum uric acid with anemia in U.S. adults: A cross-sectional study using secondary data. BMC Cardiovasc Disord. 2023;23(1):291. DOI: 10.1186/s12872-023-03291-y

34. Bertola A., Mathews S., Ki S.H., Wang H., Gao B. Mouse model of chronic and binge ethanol feeding (the NIAAA model). Nat Protoc. 2013;8(3):627–37. DOI: 10.1038/nprot.2013.032

35. Mueller S., Chen C., Mueller J., Wang S. Novel Insights into Alcoholic Liver Disease: Iron Overload, Iron Sensing and Hemolysis. J Transl Int Med. 2022;10(2):92-124. DOI: 10.2478/jtim-2021-0056

36. Mueller S., Mueller J. Alcohol and mortality: First preliminary lessons from a prospective 15 year follow-up study In: Mueller S., Heilig M. (eds) Alcohol and alcohol-related diseases. Springer, Cham; 2023:81–102. DOI: 10.1007/978-3-031-32483-3_7

37. Chi L.M., Wu W.G. Mechanism of hemolysis of red blood cell mediated by ethanol. Biochim Biophys Acta. 1991;1062(1):46–50. DOI: 10.1016/0005-2736(91)90333-4

38. Bartel M., Hofmann V., Wang S., Mueller J., Sundermann T.R., Mueller S. Confounders of serum phosphatidylethanol: Role of red blood cell turnover and cirrhosis. Hepat Med. 2023;15:195–208. DOI: 10.2147/HMER.S420732

39. Immenschuh S., Baumgart-Vogt E., Mueller S. Heme oxygenase-1 and iron in liver inflammation: A complex alliance. Curr Drug Targets. 2010;11(12):1541–50. DOI: 10.2174/1389450111009011541

40. Sebastián J.L., Muñoz S., Sancho M., Martínez G., Kaler K.V. Polarizability of red blood cells with an anisotropic membrane. Phys Rev E. 2010;81(2):022901. DOI: 10.1103/PhysRevE.81.022901

41. Generalov K., Generalov V., Safatov A., Durymanov A., Buryak G., Kruchinina M., et al. Nonlinear polarizability of erythrocytes in non-uniform alternating electric field. Open Journal of Biophysics. 2014;4:97–103. DOI: 10.4236/ojbiphy.2014.43011

42. Jovtchev S., Djenev I., Stoeff S., Stoylov S. Role of electrical and mechanical properties of red blood cells for their aggregation. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2000;164(2–3):95–104. DOI: 10.1016/S0927-7757(99)00345-3

43. 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. DOI: 10.1038/s41598-022-08357-z

44. Chen W., Shao S., Cai H., Han J., Guo T., Fu Y., et al. Comparison of erythrocyte membrane lipid profiles between NAFLD patients with or without hyperlipidemia. Int J Endocrinol. 2020;2020:9501826. DOI: 10.1155/2020/9501826

45. Rabai M., Detterich J.A., Wenby R.B., Toth K., Meiselman H.J. Effects of ethanol on red blood cell rheological behavior. Clin Hemorheol Microcirc. 2014;56(2):87–99. DOI: 10.3233/CH-2012-1632

46. Palmieri V.O., Cicco G., Minerva F., Portincasa P., Grattagliano I., Memeo V., et al. Red blood cells (RBC) deformability and aggregability: Alterations in alcoholism. Adv Exp Med Biol. 2006;578:125–31. DOI: 10.1007/0387-29540-2_20

47. 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. DOI: 10.1038/srep22929

48. Brun J.F., Varlet-Marie E., Myzia J., Raynaud de Mauverger E., Pretorius E. Metabolic influences modulating erythrocyte deformability and eryptosis. Metabolites. 2021;12(1):4. DOI: 10.3390/metabo12010004

49. Carquin M., D'Auria L., Pollet H., Bongarzone E.R., Tyteca D. Recent progress on lipid lateral heterogeneity in plasma membranes: From rafts to submicrometric domains. Prog Lipid Res. 2016;62:1–24. DOI: 10.1016/j.plipres.2015.12.004

50. Bulle S., Reddy V.D., Padmavathi P., Maturu P., Puvvada P.K., Nallanchakravarthula V. Association between alcohol-induced erythrocyte membrane alterations and hemolysis in chronic alcoholics. J Clin Biochem Nutr. 2017;60(1):63–9. DOI: 10.3164/jcbn.16-16

51. Кручинина М.В., Осипенко М.Ф., Паруликова М.В., Кручинина Э.В. Жирные кислоты мембран эритроцитов в дифференцировании пациентов с жировой болезнью печени алкогольного, неалкогольного и смешанного генеза. Эффективная фармакотерапия. 2023;19(43):28–41. DOI: 10.33978/23073586-2023-19-43-28-41