Postoperative delirium (POD) is considered one of the most severe complications, resulting in impaired cognitive function, extended hospitalization, and higher treatment costs. The challenge of early POD diagnosis becomes particularly significant in cardiac surgery cases, as the incidence of this complication exceeds 50 % in certain patient categories. While it is known that neuroinflammation, neurotransmitter imbalances, disruptions in neuroendocrine regulation, and interneuronal connections contribute significantly to the development of POD, the molecular, genetic mechanisms of POD in cardiac surgery patients, along with potential metabolomic diagnostic markers, remain inadequately understood. In this study, blood plasma was collected from a group of patients over 65 years old after cardiac surgery involving artificial circulation. The collected samples were analyzed for sphingomyelin content and quantity using high-performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry (HPLC-MS/MS) methods. The analysis revealed four significantly different sphingomyelin contents in patients with POD compared to those who did not develop POD (control group). Employing gene network reconstruction, we perceived a set of 82 regulatory enzymes affiliated with the genetic coordination of the sphingolipid metabolism pathway. Within this set, 47 are assumed to be regulators of gene expression, governing the transcription of enzymes pivotal to the metabolic cascade. Complementing this, an additional assembly of 35 regulators are considered to be regulators of activity, degradation, and translocation dynamics of enzymes integral to the aforementioned pathway. Analysis of the overrepresentation of diseases with which these regulatory proteins are associated showed that the regulators can be categorized into two groups, associated with cardiovascular pathologies (CVP) and neuropsychiatric diseases (NPD), respectively. The regulators associated with CVP are expectedly related to the effects on myocardial tissue during surgery. It is hypothesized that dysfunction of NPD-associated regulators may specifically account for the development of POD after cardiac surgery. Thus, the identified regulatory genes may provide a basis for planning further experiments, in order to study disorders at the level of expression of these genes, as well as impaired function of proteins encoded by them in patients with POD. The identified significant sphingolipids can be considered as potential markers of POD.
Послеоперационный делирий (ПОД) является серьезным осложнением, приводящим к нарушению когнитивных функций пациентов, увеличению длительности госпитализации, а также повышению расходов на лечение пациента. Проблема ранней диагностики ПОД приобретает особую важность в случае кардиохирургических операций, поскольку частота развития такого осложнения у некоторых категорий пациентов превышает 50 %. Известно, что в развитие ПОД большой вклад вносят нейровоспаление, дисбаланс нейромедиаторов, нарушение нейроэндокринной регуляции и межнейрональных связей, однако мо- лекулярно-генетические механизмы ПОД у пациентов, перенесших кардиохирургические операции, а также метаболомные диагностические маркеры, до сих пор плохо изучены. В данной работе с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (ВЭЖХ-МС/МС) был проведен анализ содержания ряда сфингомиелинов в плазме крови пациентов старше 65 лет, взятой после операции на сердце в условиях искусственного кровообращения. Найдено четыре статистически значимо различающихся по содержанию сфингомиелина у пациентов с ПОД по сравнению с пациентами, у которых не развился ПОД (контрольная группа). С помощью реконструкции генных сетей, описывающих генетическую регуляцию пути метаболизма сфинголипидов, определены 82 регуляторных белка, из которых 47 – ре- гуляторы экспрессии генов, кодирующих ферменты метаболического пути, и 35 – регуляторы активности, деградации и транспорта ферментов данного пути. Анализ перепредставленности заболеваний, с которыми ассоциированы эти регуляторные белки, показал, что регуляторы можно разбить на две группы, ассоциированные с сердечно-сосудистыми патологиями и с нервно-психическими заболеваниями соответственно. Регуляторы, ассоциированные с сердечно-сосудистыми патологиями, ожидаемо связаны с воздействием на ткани миокарда во время операции. Сделано предположение, что нарушение функции регуляторов, ассоциированных с нервно-психическими заболеваниями, может специфически обусловливать развитие ПОД после кардиохирургической операции. Таким образом, выявленные регуляторные гены могут представлять основу для планирования дальнейших экспериментов по изучению нарушений на уровне экспрессии данных генов, а также нарушения функции кодируемых ими белков у пациентов с ПОД. Идентифицированные значимые сфинголипиды могут рассматриваться как потенциальные маркеры послеоперационного делирия.
Keywords: ANDSystem; LC-MS/MS; biomarkers; cardiac surgery; gene networks; lipidomics; metabolomics; postoperative delirium; sphingolipids.
Copyright © AUTHORS.