Основные маркеры бронхиальной астмы

Бронхиальная астма является распространенным, потенциально тяжелым хроническим заболеванием, которое в большинстве случаев отвечает на эффективную терапию, направленную на контроль симптоматики и минимизацию частоты и риска развития обострений. В основе бронхиальной астмы лежит хроническое воспаление дыхательных путей, а помимо этого, основной патофизиологической особенностью заболевания является обструкция бронхов из-за сужения их просвета, отека слизистой оболочки и гиперсекреции. Все патогенетические механизмы бронхиальной астмы еще не полностью охарактеризованы, поэтому сам термин этого заболевания применяется к гетерогенной группе патологических состояний, которые характеризуются фиксированным или лабильным ограничением потока воздуха в дыхательных путях, различными формами воспаления, разным воздействием вирусных и бактериальных инфекций, вариабельным кашлевым рефлексом и гиперсекрецией слизи.

Для такого сложного синдрома, как бронхиальная астма, идентифицирован целый ряд патогенных факторов, в том числе генетическая предрасположенность и несколько факторов окружающей среды. Также различные события в раннем возрасте могут иметь тесную связь с развитием респираторных заболеваний на протяжении всей последующей жизни. Вирусные инфекции, воздействие табачного дыма и пищевые факторы — это лишь некоторые из ранних экологических проблем, которые могут играть важную роль в развитии бронхиальной астмы и ориентировать поиск новых стратегий раннего предупреждения этого патологического состояния.

Ключом к патогенезу бронхиальной астмы является взаимодействие между человеком и окружающей средой, что приводит к возникновению различных клинических фенотипов с различными типами визинга (ранний, временный, стойкий, поздний) и воспаления дыхательных путей (эозинофильное, нейтрофильное и др.), а также различным ответом на лечение. Несмотря на то что эти фенотипы зачастую имеют важное клиническое значение, они не всегда дают представление о процессах, лежащих в основе бронхиальной астмы. Именно поэтому недавно была представлена концепция эндотипов бронхиальной астмы, которая прокладывает путь к классификации заболевания согласно подтипам в зависимости от лежащих в основе функциональных и патофизиологических механизмов. Этот подход кажется многообещающим в отношении улучшения понимания патогенеза бронхиальной астмы.

Индивидуализация терапевтического подхода

В этой ситуации фундаментальным является поиск биомаркеров, способных ориентировать диагностику, менеджмент и лечение пациентов с бронхиальной астмой и, возможно, способствовать разработке персонализированных методов лечения. Это может привести к разработке нового, более точного подхода, который, в первую очередь, сможет идентифицировать патологический процесс с помощью неинвазивных методов выявления воспаления дыхательных путей вместо традиционной оценки симптомов и функции легких.

Золотым стандартом исследования воспаления дыхательных путей является бронхоскопия с бронхоальвеолярным лаважем и биопсией, но инвазивность таких процедур ограничивает их использование в педиатрической практике. Воспаление дыхательных путей может быть эффективно изучено путем анализа мокроты, так как ее клеточный состав сильно коррелирует с аналогичным в жидкости бронхоальвеолярного лаважа. Индукция отделения мокроты также менее инвазивна, чем бронхоскопия, но анализ мокроты является технически более сложным и страдает от выраженной вариабельности в повседневной клинической практике. Учитывая недостатки доступных инвазивных тестов, большое внимание уделяется разработке неинвазивных методов исследования патогенных механизмов, лежащих в основе бронхиальной астмы, с использованием анализа выдыхаемого воздуха, что особенно актуально в педиатрической практике. Исходя из этого, ученые Италии рассмотрели некоторые подходы, предложенные в последнее время, для оценки их возможной роли в характеристике бронхиальной астмы. Результаты этой работы опубликованы 7 августа 2018 г. в журнале «Asthma Research and Practice».

Фракционная концентрация выдыхаемого оксида азота

Первый отчет о присутствии газообразного оксида азота в выдыхаемом человеком воздухе датирован 1993 годом. В 1997 г. выявлены повышенные концентрации оксида азота в выдыхаемом воздухе у детей с бронхиальной астмой и еще более высокие уровни при обострении заболевания, а также резкое снижение концентрации при применении пероральной стероидной терапии. В результате в начале 2000-х годов было опубликовано большое количество работ, изучающих взаимосвязь между фракционными концентрациями выдыхаемого оксида азота и бронхиальной астмой.

Несколько потенциальных способов применения анализа уровня выдыхаемого оксида азота, особенно в качестве диагностического инструмента, изучены при бронхиальной астме у детей для прогнозирования ответа на применение ингаляционных глюкокортикостероидов и управления терапией. Во многих исследованиях обнаружена корреляция между концентрацией оксида азота и эозинофилией мокроты, эозинофилией в крови, уровнями иммуноглобулина Е и др. Таким образом, концентрация оксида азота считается маркером общего эндотипа бронхиальной астмы, характеризующегося Th2-опосредованным воспалением дыхательных путей, эозинофилией и реакцией на применение ингаляционных глюкокортикостероидов. Отмечается, что, поскольку повышенные концентрации оксида азота описаны и при других атопических состояниях, было высказано предположение, что низкие концентрации оксида азота при неэозинофильном фенотипе бронхиальной астмы могут быть прогностически более важными, чем повышенные уровни при эозинофильном варианте. Ввиду этого высказано предположение, что анализ концентрации оксида азота может помочь клиницистам идентифицировать развитие бронхиальной астмы на ранних этапах среди детей дошкольного возраста с рецидивирующими хрипами.

Более ранние исследования потенциальной роли анализа оксида азота в ориентации относительно лечения не всегда считали полезным включать его в основанный на симптомах подход к лечению с помощью ингаляционных глюкокортикостероидов, но более свежие данные свидетельствуют о том, что его использование может помочь в профилактике обострений бронхиальной астмы, требующей применения пероральных глюкокортикостероидов. Некоторые ученые предположили, что изменяющиеся уровни оксида азота и их взаимная корреляция с симптомами могут генерировать полезную информацию о тяжести и контроле бронхиальной астмы. Таким образом, даже если нет четких доказательств для поддержки использования анализа уровня оксида азота в дополнение к стандартным методам терапии, основанной на симптоматике, для повседневного контроля над астмой, возможно, терапия, основанная на уровнях оксида азота, может значительно улучшить контроль симптомов при некоторых субфенотипах бронхиальной астмы.

Хорошая стандартизация метода измерения концентрации оксида азота в выдыхаемом воздухе и исследования, демонстрирующие его потенциальные клинические направления использования, привели к принятию его в качестве метода, способствующего управлению бронхиальной астмой, в руководящих принципах британского Национального института здравоохранения и совершенствования медицинской помощи (National Institute for Health and Care Excellence — NICE). С другой стороны, в руководящих принципах GINA (Global Initiative for Asthma — Глобальная инициатива по бронхиальной астме) пока не рекомендуют его клиническое применение. Недавно появилось предположение, что анализ концентрации оксида азота действительно может сыграть важную роль в стратификации пациентов в соответствии с особенностями эозинофильного воспаления и быть использованным в качестве возможного метода для внедрения более персонализированного терапевтического подхода.

Температура выдыхаемого воздуха

Измерение температуры выдыхаемого воздуха было предложено как неинвазивный метод для выявления воспаления и ремоделирования дыхательных путей. Предложено несколько методов измерения температуры выдыхаемого воздуха, таких как скорость повышения температуры выдыхаемого воздуха, пик температуры выдыхаемого воздуха и показатель плато на момент окончания выдоха. В педиатрической популяции эти методы нелегко применять, поэтому было предложено новое и упрощенное устройство для измерения температуры выдыхаемого воздуха во время спокойного дыхания.

Результаты ранее проведенных исследований показали, что температура выдыхаемого воздуха ассоциирована с выраженностью воспаления дыхательных путей, она повышается при неадекватно контролируемой бронхиальной астме и снижается в ответ на противовоспалительную терапию, она значительно выше у пациентов с тяжелой бронхиальной астмой по сравнению с лицами с легким или умеренным течением заболевания, а также она отражает изменения выраженности воспаления дыхательных путей у детей с вирус-индуцированными обострениями бронхиальной астмы. Стоит отметить, что в некоторых исследованиях не обнаружена взаимосвязь температуры выдыхаемого воздуха со степенью контроля бронхиальной астмы.

Конденсат выдыхаемого воздуха

Этот неинвазивный метод может быть использован для оценки воспаления дыхательных путей. Конденсат собирается путем охлаждения выдыхаемого воздуха при контакте с холодной поверхностью. Стоит понимать, что конденсат выдыхаемого воздуха является разбавленной жидкостью, состав которой почти полностью представлен водой, и, следовательно, его анализ требует применения высокочувствительных методов для надежной оценки растворенных веществ. Поскольку этот метод требует только лишь спокойного дыхания, он может быть безопасно и без каких-либо побочных эффектов применяться даже среди пациентов дошкольного возраста. Более того, разработаны методы сбора конденсата выдыхаемого воздуха для детей раннего возраста и даже младенцев.

Полученный конденсат содержит нестабильные летучие (например пероксид водорода), полулетучие и нелетучие молекулы (белки и цитокины), переносимые респираторными капельками. Считается, что состав этих капель отражает состав жидкостной составляющей дыхательных путей, что позволяет провести неинвазивное исследование легочных биохимических и воспалительных процессов. Многие биомолекулы, маркеры воспаления дыхательных путей и окислительного стресса были идентифицированы и проанализированы именно в конденсате выдыхаемого воздуха детей с бронхиальной астмой.

Несмотря на выраженный потенциал представленного неинвазивного метода оценки биомаркеров бронхиальной астмы, основным ограничением, препятствующим его широкому клиническому применению, остается отсутствие систематического, скрупулезного описания того, как следует собирать, хранить и анализировать конденсат. Недавно был опубликован «Технический стандарт Европейского респираторного общества» («A European Respiratory Society technical standard»), в котором содержатся технические нормы и рекомендации по сбору и анализу образцов конденсата выдыхаемого воздуха.

Многие исследования, изучающие воспаление дыхательных путей, были сосредоточены на эйкозаноидах — большой группе гетерогенных метаболитов арахидоновой кислоты, произведенных в результате свободнорадикальной или ферментативной оксигенации, включая простаноиды, лейкотриены и эпоксиды. Лейкотриены B4 являются мощными медиаторами воспаления и хемоаттрактантами для нейтрофилов, которые играют роль в патофизиологии бронхиальной астмы. Повышенные уровни этих лейкотриенов были обнаружены в конденсате выдыхаемого воздуха детей с бронхиальной астмой. Также показано, что концентрация лейкотриенов В4 в два раза выше у пациентов с бронхиальной астмой, не принимавших глюкокортикостероиды, чем у здоровых людей.

Цистеиновые лейкотриены (C4, D4 и E4), которые являются мощными констрикторами и провоспалительными медиаторами, ранее были выявлены в более высоких концентрациях в конденсате выдыхаемого воздуха пациентов с бронхиальной астмой, особенно в случаях нестабильной или тяжелой формы заболевания. Исследовательская группа ученых продемонстрировала, что уровни цистеиновых лейкотриенов снижаются после 5-дневного курса перорального применения преднизона при обострении бронхиальной астмы, что свидетельствует о том, что глюкокортикостероиды могут влиять на усиление продукции лейкотриенов, связанное с обострением бронхиальной астмы. Между тем, другая группа ученых обнаружила, что концентрация цистеиновых лейкотриенов в выдыхаемом воздухе и процент эозинофилов в индуцированной мокроте были ниже после избегания воздействия аллергенов.

Что касается окислительного стресса, то в образцах конденсата выдыхаемого воздуха выявлены несколько потенциальных биомаркеров, таких как 8-изопростан и пероксид водорода. 8-Изопростан представляет собой простагландиноподобное соединение, полученное в ходе пероксидации арахидоновой кислоты. Отмечается значительное повышение уровня 8-изопростана у детей с бронхиальной астмой, особенно во время обострения заболевания. Выявлено, что 5-дневный курс преднизона (перорально) снижает уровни 8-изопростана, хотя они остаются выше, чем у здоровых лиц. Эти данные свидетельствуют о том, что глюкокортикостероиды не могут быть полностью эффективной монотерапией в лечении окислительного стресса у детей с обострением бронхиальной астмы. Другим маркером окислительного стресса, выявляемым в конденсате выдыхаемого воздуха, является пероксид водорода. Метаанализ, проведенный среди взрослых пациентов с диагностированной бронхиальной астмой, показал, что концентрации пероксида водорода в конденсате выдыхаемого воздуха у них выше, а также коррелируют с тяжестью заболевания, контролем течения болезни и ответом на терапию стероидами. При этом уровни пероксида водорода также снижаются у пациентов с бронхиальной астмой, принимающих глюкокортикостероиды. Подобным образом маркерами окислительного стресса могут служить 3-нитротирозин, нитрит и нитрат, но имеются противоречивые результаты в отношении связи между этими молекулами и тяжестью бронхиальной астмы.

Летучие органические соединения

Летучие органические соединения продуцируются легкими или верхними дыхательными путями, а также из системы кровообращения через легочные капилляры попадают в альвеолы. Однако стоит понимать, что на сбор таких веществ могут влиять экологические, физиологические и методологические факторы, включая состояния до, во время и после сбора материала для анализа.

Итоги

В заключение исследователи пришли к выводу, что за последние 20 лет большое количество исследований на тему бронхиальной астмы (особенно в педиатрической практике) фокусировали внимание именно на неинвазивных биомаркерах в выдыхаемом воздухе. Анализ концентрации оксида азота в выдыхаемом воздухе не может быть рекомендован для всех детей с бронхиальной астмой на регулярной основе, но он может сыграть важную роль в характеристике специфического поддающегося терапии признака (Th2-опосредованное эозинофильное воспаление). Анализ выдыхаемого воздуха остается одним из наиболее интересных подходов к изучению бронхиальной астмы у детей, при этом многие новые подходы (протеомика и метаболомика) кажутся многообещающими в аспекте характеристики биомаркеров, связанных с конкретными эндотипами бронхиальной астмы.

• Ferraro V., Carraro S., Bozzetto S. et al. (2018) Exhaled biomarkers in childhood asthma: old and new approaches. Asthma Res. Pract., Aug. 7, 4: 9.

Олег Мартышин