Конденсат выдыхаемого воздуха бронхиальная астма
…анализ конденсата выдыхаемого воздуха является перспективным исследованием благодаря простой неинвазивной технике получения материала из нижних дыхательных путей для определения различных биомаркеров.
В последние годы анализу выдыхаемого воздуха придается все большее значение в диагностике болезней органов дыхания, для мониторинга воспаления и оксидантного стресса легких.
В выдыхаемом воздухе могут определяться различные газы, такие как оксид азота (NO), оксид углерода, этан, пентан и гидрокарбонаты. Тяжелые нелетучие субстанции (медиаторы воспаления, цитокины, оксиданты) могут быть определены в конденсате выдыхаемого воздуха, что открывает новые перспективы для исследования выдыхаемого воздуха.
Многие болезни легких, включая бронхиальную астму, хроническую обструктивную болезнь легких, бронхоэктазы, муковисцидоз, интерстициальные заболевания легких, характеризуются хроническим воспалением и оксидантным стрессом. «Золотым стандартом» оценки воспаления в стенке бронхов является фибробронхоскопия с выполнением биопсии.
Для получения нелетучих медиаторов и маркеров воспаления в дыхательных путях требуется проведение инвазивных методов исследования, таких как бронхоальвеолярный лаваж и получение индуцированной мокроты. Эти процедуры не могут проводиться повторно через короткий промежуток времени, особенно у тяжелых больных, детей и в амбулаторной практике. Также показано, что индуцирование мокроты ингаляцией гипертонического раствора хлорида натрия может приводить к бронхоконстрикции.
Этим можно объяснить растущий интерес к анализу конденсата выдыхаемого воздуха как к простому неинвазивному методу оценки степени воспаления в дыхательных путях, дифференциальной диагностике легочных заболеваний, мониторинга эффективности проводимого лечения.
Конденсат выдыхаемого воздуха получают путем охлаждения выдыхаемого воздуха. тот метод является неинвазивным, не оказывает влияния на функцию легких и воспаление. Для получения 1-3 мл конденсата необходимо 10-15 минут спокойного дыхания.
В настоящее время в конденсате выдыхаемого воздуха обнаружены нелетучие соединения, включая белки, липиды и оксиданты. Первые исследования по выявлению поверхностно-активных свойств конденсата выдыхаемого воздуха, в том числе легочного сурфактанта, были проведены в нашей стране Г.И. Сидоренко и др. в 1980 г., М.В. Курик и др. в 1987 г. В последние годы число субстанций, определяемых в конденсате выдыхаемого воздуха, неуклонно растет. Основные из них – медиаторы воспаления и оксиданты.
ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА
Перекись водорода (Н2О2) продуцируется воспалительными клетками (эозинофилами, нейтрофилами и макрофагами). Избыток Н2О2 оказывает цитотоксическое действие на бронхиальный эпителий, способствует высвобождению медиаторов воспаления и развитию гиперреактивности бронхов. Повышение уровня Н2О2 в дыхательных путях может приводить к увеличению ее уровня в выдыхаемом воздухе. Концентрация Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха повышена в 5 раз у курильщиков по сравнению с некурящими.
Концентрация Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха увеличина по сравнению со здоровыми людьми у врослых больных бронхиальной астмой и у детей с обострением и ремиссией бронхиальной астмы. Увеличение содержания Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха у больных с бронхиальной астмой коррелирует со снижением объема форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1).
Также Antczak A. et al. в двойном слепом плацебо контролируемом исследовании показали, что у больных бронхиальной астмой, получавших лечение ингаляционными глюкокортикостероидами, уровень Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха значительно уменьшился по сравнению с пациентами, получавшими плацебо. У больных бронхиальной астмой концентрация Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха коррелирует с эозинофилией мокроты, но не выявлено связи с гиперреактивностью бронхов.
Уровень Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха повышен у больных со стабильной хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) по сравнению со здоровыми людьми, и дальнейшее его обнаружено при обострении болезни. Не было достоверных различий в концентрации Н2О2 курящих, бывших курильщиков и некурящих больных с ХОБЛ. Также в двойном слепом плацебоконтролируемом исследовании с двумя параллельными группами установлено, что длительный прием ацетилцистеина снижает уровень Н2О2 конденсате выдыхаемого воздуха у больных со стабильной ХОБЛ.
У взрослых больных с клинически стабильным муковисцидозом не выявлено изменений Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха. У детей муковисцидозом, которые переносили обострение легочной инфекции, уровень Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха снизился, тогда как клиническое состояние больных улучшилось лишь после антибактериальной терапии.
Повышение концентрации Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха по сравнению со здоровыми обнаружено у пациентов с бронхоэктазами, и была выявлена обратная корреляция между уровнем Н2О2 и ОФВ1. Также увеличенный уровень Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха обнаружен у больных с респираторным дистресс-синдромом и у больных с раком легкого после лобэктомии и пульмонэктомии, что рассматривается как проявление оксидантного стресса.
ЭЙКОЗАНОИДЫ
Эйкозаноиды – метаболиты арахидоновой кислоты – являются медиаторами воспаления, ответственными за сокращение гладкой мускулатуры, вазоконстрикцию/вазодилатацию, повышение сосудистой проницаемости, гиперсекрецию слизи, кашель и приток воспалительных клеток. К ним относятся простагландины, тромбоксан, изопростаны и лейкотриены (ЛТ).
Неинвазивное определение а анализ этих медиаторов в конденсате выдыхаемого воздуха для оценки эффективности антагонистов лейкотриенов или ингибиторов томбоксана более эффективны, чем анализ крови, мочи и бронхоальвеолярный лаваж.
8-Изопростан отражает клеточные эффекты оксидативного стресса и, следовательно, воспалительного процесса в дыхательных путях. У пациентов с легкой степенью бронхиальной астмы обнаружено увеличение концентрации 8-изопростана в конденсате выдыхаемого воздуха в 2 раза по сравнению сло здоровыми людьми, а при тяжелой форме заболевания его уровень был в 3 раза выше чем у больных с легкой бронхиальной астмой, независимо от лечения ингаляционными глюкокортикостероидами.
Концентрация 8-изопростана также была повышена у курильщиков, но не столь значительно, как у больных ХОБЛ.
Уровень 8-изопростана в конденсате выдыхаемого воздуха у больных муковисцидозом был повышен в три раза и негативно коррелирован с ОФВ1.
Isola N. et al. показали, что содержание 8-изопростана в конденсате выдыхаемого воздуха у больных с идиопатическим фиброзирующим альвеолитом было достоверно выше и коррелировало с тяжестью заболевания. Это позволяет использовать 8-изопростан в качестве биомаркера активности воспаления при этом заболевании.
Уровень ЛТВ4 и цистеиновых ЛТ в конденсате выдыхаемого воздуха повышен у пациентов с бронхиальной астмой по сравнению со здоровыми людьми, при утяжелении астмы их содержание увеличивается. Повышение концентрации ЛТВ4 наблюдалось также при ХОБЛ, в то время как содержание ЛТЕ4 увеличивается только при бронхиальной астме. Уровень ЛТ в конденсате выдыхаемого воздуха моет быть маркером при оценке эффективности лечения антагонистами ЛТ у пациентов с ХОБЛ и бронхиальной астмой.
ПРОДУКТЫ, СВЯЗАННЫЕ С NO
Многочисленные исследования, показали, что определение NO в конденсате выдыхаемого воздуха является достаточно чувствительным методом для оценки активности воспалительного процесса и тяжести течения бронхиальной астмы.
Высокий уровень нитратов был обнаружен в конденсате выдыхаемого воздуха больных бронхиальной астмой, особенно в период обострения. Содержание нитротирозина, стабильного продукта распада пероксинитрита, повышено в конденсате выдыхаемого воздуха у больных с легкой бронхиальной астмой и снижено у пациентов с тяжелой бронхиальной астмой, получающих базисную терапию ингаляционными глюкокортикостероидами.
Уровень нитрозотиола уменьшался через 3 недели после лечения будесонидом в дозе 400 мкг/сутки, чего не наблюдалось при лечении низкими дозами (100 мкг/сутки). Напротив, быстрое дозозависимое снижение уровня нитритов/нитратов в конденсате выдыхаемого воздуха обнаружено у пациентов с бронхиальной астмой. Это позволяет предположить, что уровень нитритов/нитратов более чувствителен к противовоспалительному лечению.
Уровень нитрозотиола и нитритов в конденсате выдыхаемого воздуха повышен у больных с ХОБЛ по сравнению со здоровыми курильщиками. Достоверная негативная корреляция между ОФВ1 и продуктами нитротирозина показана у пациентов с ХОБЛ в отличие от больных бронхиальной астмой и здоровых субъектов. Это свидетельствует о важной роли метаболитов NO в воспалении дыхательных путей при ХОБЛ.
Достоверное повышение уровня нитритов/нитратов и нитротирозина в конденсате выдыхаемого воздуха обнаружено у детей с обострением муковисцидоза и у взрослых пациентов с тяжелым течением заболевания.
ПРОТЕИНЫ И ЦИТОКИНЫ
Данные, касающиеся содержания белков в конденсате выдыхаемого воздуха, противоречивы. У курильщиков обнаружено повышение содержания общего белка в конденсате выдыхаемого воздуха по сравнению с некурящими. Содержание интерлейкина-1, растворимого интерлейкина-2 (ИЛ-2) рецепторного протеина, ИЛ-6, фактора некроза опухоли в конденсате выдыхаемого воздуха при различных легочных заболеваниях отличалось. Уровень ИЛ-8 в конденсате выдыхаемого воздуха умеренно повышен у больных муковисцидозом в стадии ремиссии, тогда как у пациентов с обострением заболевания его концентрация была значительно выше.
ДРУГИЕ ВЕЩЕСТВА
В конденсате выдыхаемого воздуха определяют более 100 химических соединений, в том числе показатели липидного, белкового, углеводного обмена, мочевую и щавелевую кислоты, острофазовые реагенты (С-реактивный белок, серомукоид), микроэлементы и др.
Увеличение содержание ацетилхолина, серотонина и гистамина в конденсате выдыхаемого воздуха было связано с тяжестью воспаления дыхательных путей, бронхиальной обструкцией и бронхиальной гиперреактивностью при бронхиальной астме и остром бронхите.
Высокий уровень ацетилхолина, катехоламинов, гистамина и серотонина, а также низкий уровень кортизола и тироксина в конденсате выдыхаемого воздуха обнаружен у шахтеров в ранней стадии антракосиликоза.
В конденсате выдыхаемого воздуха у больных атопической бронхиальной астмой выявлены низкая концентрация магния и увеличенный уровень кальция.
У больных с муковисцидозом в конденсате выдыхаемого воздуха увеличен уровень натрия и хлорида, что коррелирует с потовым тестом и тяжестью течения заболевания. Эти данные могут представлять определенный клинический интерес и требуют дальнейших комплексных исследований.
Источник
11 ноября 2017г.
Среди значимых проблем мирового здравоохранения заслуженное место занимает бронхиальная астма (БА). В разных странах распространённость БА находится в диапазоне от 1 до 18%. Согласно современному определению Глобальной инициативы по БА (GINA — от англ. Global Initiative for Asthma)
«Бронхиальная астма — хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей, в котором принимают участие многие клетки и клеточные элементы с развитием бронхиальной гиперреактивности, приводящей к бронхообтрукции, которая часто бывает обратимой» [2, 3].
Высокая распространенность и неуклонный рост в последние годы данной патологии определяют важное социально-экономическое и медицинское значение этой проблемы, необходимость исследования механизмов развития заболевания с целью разработки эффективных методов диагностики, профилактики и патогенетической терапии [4].
В последние годы внимание ученых привлекают короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК) – это монокарбоновые кислоты с длиной цепи до 8 атомов углерода. Они образуются, главным образом, в результате микробной ферментации углеводов, липидов, белков [5].
Абсорбированные КЖК вносят существенный вклад в обеспечение локальных и системных функций организма, в частности, являются одним из источников энергии, воздействуют на экспрессию различных генов, регулируют процессы пролиферации, дифференцировки, апоптоза эпителиоцитов, клеток иммунной системы [6, 7, 8, 9, 10, 11]. Вероятно, изменения со стороны данных биологически активных веществ могут иметь значение в развитии данной этого заболевания.
Ввиду вышеизложенного, целью работы явилось: изучить количественные сдвиги в спектре короткоцепочечных жирных кислот в конденсате выдыхаемого воздуха у больных бронхиальной астмой в период обострения.
Материалы и методы. Обследовано 20 больных (11 мужчин и 9 женщин) в возрасте 23-55 лет с диагнозом: бронхиальная астма среднетяжелое течение, обострение средней степени тяжести. В контрольную группу вошло 20 практически здоровых лиц в соотношении сопоставимом по полу и возрасту с больными.
Оценку спектра КЖК в биосубстрате проводили по методике М.Д. Ардатской (2004) [1], включающей два этапа: процесс пробоподготовки и непосредственно газожидкостной хроматографии.
Мы модифицировали данную методику. Полученный конденсат выдыхаемого воздуха экстрагировали в эфире, серной кислоте, внутреннем стандарте ( α,α-диметилмасляная кислота) при встряхивании в течение 10 мин и центрифугировали при 3000 об/мин в течение того же времени. Затем образовавшийся супернатант подвергали выпариванию до сухого остатка с последующим добавлением гексана. Анализ образца проводили на хроматографе «Кристалл-2000М» (Россия) с плазменно- ионизационным детектором, определяли количество: С2 – уксусной, С3 – пропионовой, С4 – масляной, isoС4 – изомасляной, С5 — валериановой, С6 – капроновой, С7 – гептановой кислот.
Статистическую значимость различий показателей в сопоставимых группах оценивали по критерию Манна-Уитни. Числовые данные приведены в виде медианы (Ме) и интерквартильного размаха (25-го; 75-го процентилей).
Результаты исследования. В конденсате выдыхаемого воздуха во всех исследуемых группах преобладала пропионовая кислота, на долю которой приходилось 77,8% у здоровых лиц и 82,4% – у пациентов с обструктивной болезнью легких.
Таблица 1 Содержание жирных кислот c короткой углеводородной цепью в конденсате выдыхаемого воздуха у больных бронхиальной астмой в период обострения (нМоль/мг) (Me (25-й; 75-й))
Шифр ЖК | контроль (n=20) | Бронхиальная астма (n=20) | Достоверность различий |
С2 | 0.51 (0.49;0.57) | 0.48 (0.42;054) | Z=1.41; p=0.16 |
С3 | 21.03 (20.13;21.43) | 17.33 (17.22;18.23) | Z=3.77; p |
С4 | 0.72 (0.69;0.74) | 0.81 (0.8;0.83) | Z=3.78; p |
isoC4 | 1.10 (1.08;1.12) | 1.02 (0.83;1.07) | Z=3.15; p=0.002 |
C5 | 0.36 (0.35;0.39) | 0.27 (0.21;0.28) | Z=3.35; p |
C6 | 1.98 (1.88;2.01) | 1.7 (1.45;1.8) | Z=3.7; p |
C7 | 1.09 (0.97;1.21) | 0.99 (0.67;1.01) | Z=1.69; p=0.05 |
∑ всех кислот | 26.61 (26.105;26.865) | 22.5 (21.53;23.55) | Z=3.84; p |
В экспирате больных бронхиальной астмой по сравнению с контролем уменьшалось общее содержание КЖК на 15,4% (p
Таким образом, в конденсате выдыхаемого воздуха у пациентов с бронхиальной астмой наблюдается дефицит летучих кислот, возникающий из-за уменьшения количества С3, isoС4, С5, С6 на фоне увеличения значений С4.
Уменьшение содержания КЖК при данной патологии, вероятно, обусловлено их интенсивным использованием в биосинтезе некоторых аминокислот (глутамата, глутамина, аспартата, серина) и нуклеотидов, холестерола, высших жирных кислот, а в последующем фосфолипидов с одной стороны и в процессах обеспечения высоких энергетических затрат – с другой, необходимых для регенерации эпителиальных клеток респираторного тракта.
Учитывая иммунносупрессивные, противоаллергические свойства данных летучих кислот можно предположить вероятность влияния дисбаланса с их стороны на течение данного патологического состояния [6, 7, 8, 9, 10, 11].
Список литературы
1. С1. 2220755, Российская федерация, МПК7 В01D15/08. Способ разделения смеси жирных кислот фракций С2 – С6 методом газожидкостной хроматографии / М.Д. Ардатская, Н.С. Иконников, О.Н. Минушкин; заявитель и патентообладатель Учебно-научный центр медицинского центра Управления делами Президента РФ. — № 2002119447/15; заявл. 23.07.2002.; опубл. 10.01.2004.
2. Семейный полиморфизм гена ADRB2 при бронхиальной астме в детском возрасте / М.С. Пономарева [и др.] // Пермский медицинский жупнал. – 2015. – №5. – С. 30–35.
3. Урясьев О.М. Бронхиальная астма и заболевания сердечно-сосудистой системы / О.М. Урясьев // Земский врач. – 2015. – №4. – С. 5–13.
4. Урясьев О.М. Роль полиморфизма синтаз оксида азота в формировании коморбидной патологии — бронхиальной астмы и гипертонической болезни / О.М. Рясьев, А.В. Шаханов // Казанский медицинский журнал. – 2017. – Т.98, № 2. – C. 226–232.
5. Davis H.C. Can the gastrointestinal microbiota be modulated by dietary fibre to treat obesity? / H.C. Davis // Ir J Med Sci. – 2017. – Vol. 10. – doi: 10.1007/s11845-017-1686-9. [Epub ahead of print]
6. Dietary fiber and bacterial SCFA enhance oral tolerance and protect against food allergy through diverse cellular pathways / J. Тan [et al.] // Cell Rep. – 2016. – Jun 21;15(12):2809-24. doi: 10.1016/j.celrep.2016.05.047.
7. Gut microbiota-derived propionate reduces cancer cell proliferation in the liver./ Bindels L.B. [et al.] // British journal of cancer. – 2012. – 107(8):1337–44. Epub 2012/09/15. pmid:22976799.
8. Martinez F.D. Early Origins of Asthma: Role of Microbial Dysbiosis and Metabolic Dysfunction / F.D. Martinez , S. Guerra // Am J Respir Crit Care Med. – 2017. – Vol. 10. – doi: 10.1164/rccm.201706- 1091PP. [Epub ahead of print]
9. Metabolite-sensing receptors GPR43 and GPR109A facilitate dietary fibre-induced gut homeostasis through regulation of the inflammasome / L. Macia [et al.]. // Nat Commun. – 2015. – Apr 1;6:6734. doi: 10.1038/ncomms7734.
10. Short-chain fatty acid receptors inhibit invasive phenotypes in breast cancer cells / Thirunavukkarasan M. [et al.] // PLoS One. – 2017. – Vol. 10. – https://doi.org/10.1371/journal.pone.0186334
11. The microbial metabolites, short-chain fatty acids, regulate colonic Treg cell homeostasis / Smith P.M. [et al.] // Science. – 2017. – Vol. 9. – https ://doi.org/10.1126/science.1237947
Источник
