CC BY
9DOI: https://doi.org/10.31089/1026-9428-2020-60-11-870-872 УДК 614.72:616.248 © Хакимова М.Р., Габидинова Г.Ф., 2020 Хакимова М.Р., Габидинова Г.Ф.
Микрочастицы в воздухе промышленных городов как фактор риска бронхиальной астмы
ФГБОУ ВО «Казанский государственный медицинский университет» Минздрава России, ул. Бутлерова, 49, г. Казань, Россия, 420012
Взвешенные частицы в атмосферном воздухе городов повышают риск развития респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. При этом данные о роли взвешенных частиц в формировании и осложнении течения бронхиальной астмы (БА) крайне ограничены.
Целью работы явилось обоснование дизайна исследования по изучению влияния мелкодисперсных взвешенных частиц в атмосферном воздухе на развитие Т2-эндотипа БА.
Разработан и реализуется дизайн исследования типа «случай-контроль» с включением пациентов, страдающих Т2-эндотипом БА, и лиц контрольной группы. С целью верификации диагноза БА используются общеклинические методы обследования, специфическое аллергологическое обследование.
Параллельно проводится изучение количественных характеристик и качественного состава взвешенных частиц в атмосферном воздухе с определением массы взвешенных частиц, дисперсности, химического и микробиологического (muldi-tof масс-спектрометрия, ПЦР-анализ) состава. В районе проживания пациентов с бронхиальной астмой и лиц контрольной группы будут отбираться пробы атмосферного воздуха при помощи каскадного импактора. Для каждой фракции будут анализироваться: масса взвешенных частиц, дисперсность, химический и микробиологический (muldi-tof масс-спектрометрия, ПЦР-анализ) состав.
Исследование позволит оценить риск формирования Т2-эндотипа бронхиальной астмы при различных количественных и качественных характеристиках взвешенных микрочастиц в атмосферном воздухе. Ключевые слова: бронхиальная астма; взвешенные частицы; атмосферный воздух
Для цитирования: Хакимова М.Р., Габидинова Г.Ф. Микрочастицы в воздухе промышленных городов как фактор риска бронхиальной астмы. Мед. труда и пром. экол. 2020; 60(11): 870-872. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2020-60-11-870-872
Для корреспонденции: Хакимова Миляуша Рашитовна, ординатор каф. клинической иммунологии с аллергологией ФГБОУ ВО «Казанский государственный медицинский университет». E-mail: mileushe7@gmail.com Финансирование. Исследование выполняется при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-05-50094.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Дата поступления: 19.10.2020 / Дата принятия к печати: 07.09.2020 / Дата публикации: 03.12.2020
Milyausha R. Khakimova, Gulnaz F. Gabidinova
Microparticles in the air of industrial cities as a risk factor of bronchial asthma
Kazan state medical university, 49, Butlerova str., Kazan, Russia, 420012
Introduction. Suspended particles in ambient air of cities increase the risk of developing respiratory and cardiovascular diseases. At the same time, data on the role of suspended particles in the formation and complication of the course of bronchial asthma (BA) are extremely limited.
The aim of study was to substantiate the design of a study to study the effect of fine suspended particles in atmospheric air on the development of the T2 endotype of BA.
The design of a "case-control" study was developed and implemented, including patients with the T2-endotype of BA and persons in the control group. In order to verify the diagnosis of BA, General clinical methods of examination and specific allergological examination are used.
In parallel, the quantitative characteristics and qualitative composition of suspended particles in atmospheric air are studied with the determination of the mass of suspended particles, dispersion, chemical and microbiological (muldi-tof mass spectrometry, PCR analysis) composition. Atmospheric air samples will be collected using a cascade impactor in the area where patients with bronchial asthma and control groups live. For each fraction, the following will be analyzed: suspended particle mass, dispersion, chemical and microbiological (muldi-tof mass spectrometry, PCR analysis) composition. Conclusions. The study will assess the risk of T2-endotype formation of bronchial asthma with various quantitative and qualitative characteristics of suspended microparticles in the atmospheric air. Keywords: bronchial asthma; suspended particles; atmospheric air
For citation: Khakimova M.R., Gabidinova G.F. Microparticles in the air of industrial cities as a risk factor of bronchial asthma. Med. truda iprom. ekol. 2020; 60(11): 870-872. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2020-60-11-870-872 For correspondence: Milyausha R. Khakimova, resident of the Department of clinical immunology with allergology, Kazan State Medical University. E-mail: mileushe7@gmail.com
Information about author: Khakimova M.R. https://orcid.org/0000-0002-3533-2596
Funding. The research is carried out with the financial support of the RFFI as part of the research project No. 19-05-50094. Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests. Received: 19.10.2020 / Accepted: 07.09.2020 / Published: 03.12.2020
В соответствии с данными проекта «Глобальное бремя болезней» [1], взвешенные частицы в атмосферном воздухе городов повышают риск развития таких заболеваний,
как хроническая обструктивная болезнь легких (атрибутивный риск 31%), инфекции нижних дыхательных путей (атрибутивный риск 42%), рака трахеи, бронхов и легких
Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology. 2020; 60(11)
(атрибутивный риск 19%), а также инфаркта миокарда и инсультов (атрибутивные риски 19% и 12% соответственно). При этом данные о роли взвешенных частиц в формировании и осложнении течения бронхиальной астмы (БА) крайне ограничены. В последние годы появились отдельные сведения о роли поллютантов в формировании Т2-эндотипа бронхиальной астмы, характеризующегося высокой распространенностью и тяжелым течением. Изучение роли микрочастиц в развитии эозинофильного воспаления является важной фундаментальной задачей, решение которой позволит выявить приоритетные загрязнители и сформулировать управленческие решения по контролю состояния окружающей среды, выявить наиболее значимые биомаркеры экологически обусловленных форм БА и разработать подходы к персонализированной терапии и вторичной профилактике осложнений БА.
Загрязнение атмосферного воздуха взвешенными частицами представляет серьезную мировую проблему. К показателям, которые используются для характеристики РМ, относятся массовая концентрация частиц диаметром менее 10 мкм (РМ10) и частиц диаметром менее 2,5 мкм (РМ25). В РМ25, которые часто называют мелкодисперсными взвешенными частицами, также входят ультрамелкодисперсные частицы диаметром менее 0,1 мкм. РМ диаметром от 0,1 мкм до 1 мкм могут находиться в атмосферном воздухе в течение многих дней и недель и, соответственно, подвергаться трансграничному переносу по воздуху на большие расстояния. Доказана способность РМ10 проникать через слизистые бронхиального дерева и накапливаться в тканях легких; более мелкие частицы РМ25 достигают бронхиол и альвеол, а наиболее мелкие наночастицы диаметром менее 0,1 мкм, возможно, проникают в кровоток [2].
По различным данным в мире БА страдают до 300 млн человек [3]. Распространенность БА в России, согласно результатам эпидемиологических исследований, составляет 5-7%: среди взрослых — 6-6,9%, среди детей и подростков — 8-10% [4].
В зависимости от иммунологической характеристики воспаления в бронхах различают Т2-эндотип и не-Т2-эндотип БА. Большая часть пациентов (более 50%), включая пациентов с тяжелой бронхиальной астмой, относится к Т2-эндотипу, который обусловлен доминированием 1^2-лимфоцитарного ответа (аллергическая БА) и/или высокой активностью врожденных лимфоидных клеток 2-го типа — !ЬС2-клеток, что приводит к развитию эозинофиль-ного воспаления в слизистой и клиническим проявлениям как аллергической эозинофильной бронхиальной астмы, так и неаллергической БА [5].
Бронхиальная астма считается экологически зависимым заболеванием, чувствительным маркером загрязнения окружающей среды, в особенности атмосферного воздуха. Однако вопрос о связи между БА и отдельными компонентами в составе загрязняющих веществ атмосферного воздуха остается открытым. Между тем, есть все основания рассматривать РМ в качестве важного триггерно-го фактора для развития и поддержания воспаления при бронхиальной астме.
Цель работы: обоснование дизайна исследования по изучению влияния мелкодисперсных взвешенных частиц в атмосферном воздухе на формирование, течение и патофизиологические механизмы развития атопического и не-Т^Е-опосредованного эозинофильного вариантов Т2-эндотипа БА.
Проведен анализ динамики загрязнения атмосферного воздуха г. Казани взвешенными веществами. Были проанализированы данные о содержании взвешенных веществ в атмосферном воздухе г. Казани за период 2015-2019 гг. по результатам протоколов исследований, выполненных ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Татарстан (Татарстан)», а также наблюдения Управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Республики Татарстан (РТ).
Анализ среднегодовых концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе г. Казани за анализируемый период показал наличие превышения содержания РМ2,5 и РМ10, преимущественно в мониторинговых точках, расположенных в непосредственной близости с автомагистралями с интенсивным движением транспорта; наиболее часто отмечается превышение среднегодовой ПДК по содержанию взвешенных частиц РМ10. Удельный вес нестандартных проб, превышающих ПДКмр по содержанию РМ2,5, составил от 0,14 до 0,84%, по содержанию РМ10 — от 0,89 до 1%. Следует отметить, что с каждым годом наблюдается тенденция к росту удельного веса нестандартных проб по содержанию РМ2,5 и РМ10.
Проводимые исследования не учитывают характеристику дисперсности и качественного состава аэрозолей взвешенных частиц в атмосферном воздухе. Кроме того, мониторирование осуществляется без привязки к месту проживания больных, в том числе больных с БА.
С учетом вышеизложенного был разработан дизайн исследования типа «случай-контроль» по изучению влияния мелкодисперсных взвешенных частиц в атмосферном воздухе на формирование, течение и патофизиологические механизмы развития атопического и не ^Е опосредованного эозинофильного вариантов Т2-эндотипа БА. В качестве «случаев» отбираются пациенты с Т2-эндотипом бронхиальной астмы, обратившиеся не позднее года от начала заболевания за медицинской помощью; возраст пациентов — от 14 до 60 лет. К каждому «случаю» подбирается «контроль» того же пола и возрастной группы (в интервале 5 лет) из числа пациентов, не страдающих бронхиальной астмой, не имеющих хронических заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной системы и аллергических заболеваний. Проводится анкетирование для изучения социально-демографических характеристик, факторов образа жизни, в том числе курение и употребление алкоголя, состояния здоровья и наследственной предрасположенности, условий труда. Планируемый объем выборки составляет до 100 «случаев» и 100 лиц из контрольной группы. С целью верификации диагноза БА используются общеклинические методы обследования, включенные в стандарты диагностики заболевания: анализ данных анамнеза, данные физикальных методов обследования, лабораторных исследований (общий анализ крови с подсчетом лейкоформулы и абсолютного количества эозинофилов, общий анализ мокроты), а также инструментальных методов: исследование функции внешнего дыхания с проведением теста с бронхолитиком. С целью выявления фенотипа атопической бронхиальной астмы проводится специфическое аллергологическое обследование, включающее анализ данных аллергологического анамнеза, постановку скарификационных кожных тестов с неинфекционными аллергенами, а также исследование уровня ^Е специфических к соответствующим аллергенам. Для подтверждения Т2 эндотипа БА у наблюдаемых пациентов проводится исследование потенциальных биомаркеров, свидетельствую-
щих о наличии эозинофильного воспаления: количество эозинофилов периферической крови, количество эозино-филов в индуцированной мокроте, уровень периостина, а также уровень цитокинов TSLP, IL25, IL33, IL4, IL13, IL5 в периферической крови.
В районе проживания пациентов с бронхиальной астмой и лиц контрольной группы будут отбираться пробы атмосферного воздуха для выявления различий между группами и анализа влияния микрочастиц на формирование и развитие Т2-эндотипа бронхиальной астмы. При помощи каскадного импактора MOUDI©, TSI (сепарация микрочастиц в диапазоне от 10 мкм до 10 нм) будут отбираться отдельные размерные фракции микрочастиц. Для каждой фракции будут анализироваться: масса взвешенных частиц, дисперсность, химический и микробиологический (muldi-tof масс-спектрометрия, ПЦР-анализ) состав. На основе данных по дисперсности и концентрациям будет проведено математическое моделирование поведения взвешенных частиц в дыхательных путях.
Статистический анализ будет проводиться на основе метода смешанных моделей с применением пакета R. В качестве исходов будут изучаться как наличие БА, так и показатели течения БА. Будет анализироваться влияние
таких параметров экспозиции как массовая концентрация различных фракций микрочастиц, величина депонированной фракции, концентрация отдельных химических элементов (органический и элементный углерод, металлы), концентрация микроорганизмов и наличие/отсутствие отдельных их типов.
Исследование позволит оценить риск формирования Т2-эндотипа бронхиальной астмы при различных количественных и качественных характеристиках взвешенных микрочастиц в атмосферном воздухе. Будут уточнены патогенетические механизмы, лежащие в основе воздействия микрочастиц на состояние дыхательной системы; в частности, будут изучены особенности воспаления и аллергических реакций в ответ на воздействие микрочастиц различного состава и концентрации. Изучение влияния факторов окружающей среды на формирование воспаления при атопической и эозинофильной бронхиальной астме позволит выявить наиболее значимые биомаркеры, на основе которых появится возможность верифицировать определенный фенотип заболевания у конкретного пациента и выбрать персонализированные терапевтические и профилактические подходы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Institute for Health Metrics and Evaluation: сайт. https:// vizhub.healthdata.org/gbd-compare/ (дата обращения 31.08.2020).
Shima M. Health Effects of Air Pollution: A Historical Review and Present Status. Nihon Eiseigaku Zasshi. 2017; 72(3): 15965. https://doi.org/10.1265/jjh.72.159 Global Initiative for Asthma. GINA 2019. https://ginasthma.org Авдеев С.Н., Ненашева Н.М., Жуденков К.В., Петраковская В.А., Изюмова Г.В. Распространенность, заболеваемость, фенотипы и другие характеристики тяжелой бронхиаль-
ной астмы в Российской Федерации. Пульмонология. 2018; 28(3): 341-58. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2018-28-3-341-358
Ильина Н.И., Ненашева Н.М., Авдеев С.Н. и др. Алгоритм биофенотипирования и выбор таргетной терапии тяжелой неконтролируемой бронхиальной астмы с эозинофиль-ным типом воспаления дыхательных путей. Российский аллергологический журнал. 2017; 14 (3): 5-18. о^/10.36691Д1А308
REFERENCES
Institute for Health Metrics and Evaluation. https://vizhub. healthdata.org/gbd-compare (Accessed 31.08.2020). Shima M. Health Effects of Air Pollution: A Historical Review and Present Status. Nihon Eiseigaku Zasshi. 2017; 72(3): 15965. https://doi.org/10.1265/jjh.72.159 Global Initiative for Asthma. GINA 2019. https://ginasthma.org Avdeev S.N., Nenasheva N.M., Zhudenkov K.V., Petrakovskaya V.A., Izyumova G.V. Prevalence, morbidity, phenotypes and
other characteristics of severe bronchial asthma in Russian Federation. Pulmonologiya. 2018; 28(3): 341-58. https://doi. org/10.18093/0869-0189-2018-28-3-341-358 (in Russian). Ilina N.I., Nenasheva N.M., Avdeev S.N., h gp. Algorithm of biophenotyping and choice of medication for targeted therapy of severe uncontrolled asthma with eosinophilic type of airways inflammation. Rossijskij allergologicheskij zhurnal. 2017; 14 (3): 5-18. https://doi.org/10.36691/RJA308 (in Russian).
