CC BY
59
ЗДОРОВЬЕ ДЕТЕЙ
УДК:576.8.094.7:616-056.3:616-53.2 С. Ю. Терещенко
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ПЛАЗМАТИЧЕСКИХ МЕМБРАН ПРИ АТОПИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ У ДЕТЕЙ, РОЛЬ В ПАТОГЕНЕЗЕ
ГУ НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН, Красноярск
У детей с атопическими заболеваниями (бронхиальная астма, атопический дерматит, пол-линоз) выявлено снижение холестерина в плазме крови, мембранах эритроцитов и лимфоцитов. Снижение холестерина рассматривается как первичный наследуемый биологический дефект. Одновременно, при атопических заболеваниях в мембранах эритроцитов и лимфоцитов обнаружено снижение микровязкости в поверхностных слоях липидного бислоя и снижение погруженности мембранных белков в липиды. Мы предполагаем, что указанные нарушения играют важную роль в патогенезе атопичесих болезней.
Ключевые слова: атопические заболевания, дети, клеточные мембраны, липиды
По данным Всемирной организации здравоохранения атопические заболевания (бронхиальная астма (БА), атопический дерматит (АД), поллиноз и персистирующий аллергический ринит) являются самыми распространенными хроническими неинфекционными заболеваниями детского возраста, причем частота их в популяции постоянно растет. Наиболее изученным эндогенным фактором патогенеза при всех указанных заболеваниях является атопия - генетически запрограммированная склонность организма к повышенному образованию общего и специфического ^Е в ответ на контакт с широко распространенными аллергенами. Известно, что атопия широко распространена в популяции (до 30-40%), но клиническая ее манифестация (атопическое заболевание) развивается не у всех стигматизированных по атопии лиц. Таким образом, возникает предположение о наличии факторов, предрасполагающих к возникновению и хронизации аллергического воспаления у сенсибилизированных субъектов и/или неиммунных компонентов патогенеза, избирательно усиливающих рецептор-опосредованные механизмы патофизиологической фазы аллергической реакции.
За последние годы накоплен значительный фактический материал, свидетельствующий о наличии изменений в структуре и функции плазматической мембраны клетки при атопических заболеваниях. Актуальность исследований в указанном направлении определяется важнейшей ролью плазматических мембран в регуляции активности мембраноассоциированных рецепторов, транспорте биологически активных
веществ, синтезе липидных медиаторов воспаления, в частности эйкозаноидов [4, 5].
Целью настоящего исследования послужила попытка выявления наследуемых особенностей липидного спектра и некоторых биофизических характеристик плазматических мембран клеток, выступающих в качестве первичного биологического дефекта, который может предрасполагать к клинической манифестации иммунного дефекта при атопических болезнях.
Методика. Исследованы липидный спектр плазмы крови, мембран эритроцитов и лимфоцитов, а также структурное состояние мембран эритроцитов и лимфоцитов методом флюоресцентного зондирования у 51 ребенка с АД, 123 детей - с БА, 45 - с сочетанием АД и БА, 32 - с поллинозом. Проведено распределение детей с БА по тяжести заболевания: легкая интермит-тирующая - 40, легкая персистирующая - 68, среднетяжелая-36, тяжелая-24. Обследовано в обострение заболевания 85 детей с БА, 83-в ремиссию болезни; 57 детей с АД - в обострение заболевания; 39 - в ремиссию болезни. В качестве контроля осмотрено 74 ребенка, не имеющих на момент исследования аллергических заболеваний. Все здоровые дети были разделены на две группы: 1-я - 48 детей, не имевших в анамнезе атопический дерматит грудного ребенка (АДГР); 2-я - 26 детей, имевших АДГР в анамнезе. Возраст обследованных - от 3 до 15 лет.
У всех детей исследован липидный спектр плазмы венозной крови, суспензии мембран эритроцитов, выделенных по методу J.T. Dodge [7], суспензии лимфоцитов, выделенных на гра-
диенте фиколл/верографин методом тонкослойной хроматографии [6]. При анализе спектра нейтральных липидов выделены следующие фракции: общие фосфолипиды (ОФЛ), свободный холестерин (СХ), свободные жирные кислоты, триглицериды. Спектр фосфолипидов включал такие фракции, как лизофосфатидил-холин, сфингомиелин, фосфатидилхолин, фос-фатидилэтаноламин, фосфатидилсерин+фосфа-тидилинозитол.
На спектрофлюориметре Н1ТАСН1-МРР4, в соответствии с рекомендациями Ю.А. Владимирова и Г.Е. Добрецова [2], исследованы следующие физико-химические свойства мембран эритроцитов и лимфоцитов: собственная беззон-довая флюоресценция триптофанилов; погруженность мембранных белков в липидный бислой по коэффициенту индуктивно-резонансного переноса энергии в системе триптофанилы-пи-рен (в относительных единицах - ОЕ); флюоресценция зонда анилинонафталин-8-сульфоната (АНС), характеризующая состояние молекулярных структур в области белок-липидного взаимодействия; анизотропия флюоресценции зонда АНС, характеризующая микровязкость в поверхностных слоях мембраны (в ОЕ).
Для оценки статистической значимости различий в группах использован критерий Манна -Уитни.
Результаты. Для выявления особенностей структуры и функции плазматических мембран, характерных для всей группы атопических болезней вне зависимости от основной локализации ^Е-зависимого аллергического воспаления и выступающих в качестве первичных неиммунных факторов патогенеза персистирующего ал-
лергического воспаления, нами были использованы следующие критерии:
1. Наличие однонаправленных изменений при всех изученных атопических болезнях с обязательным достоверным изменением по отношению к контролю в группе больных поллинозом как маркерного клинически манифестного атопического заболевания с минимальным вкладом дополнительных патогенетических механизмов.
2. Сохранение либо усугубление мембранных нарушений в ремиссию болезни, что позволяет исключить островоспалительные изменения и дополнительное влияние некоторых триггерных факторов - острой респираторно-вирусной инфекции при БА, вторичной бактериальной инфекции, психотравмирующих факторов при АД.
Дополнительными критериями являлись: наличие однонаправленных с больными детьми тенденций в изменении выбранных показателей в подгруппе здоровых детей с АДГР в анамнезе; тенденция к нарастанию изменений при полли-нозе и сочетании атопических заболеваний; выявление общих изменений для плазмы и различных клеток - эритроцитов и лимфоцитов, свидетельствующее о наличии системных дефектов в обмене липидов и структуры плазматических мембран.
Анализ использованных нами показателей липидного обмена и структурной организации клеточных мембран при клинически манифестных атопических заболеваниях и латентной атопии показал, что описанным выше достаточно строгим критериям соответствует ограниченное число параметров (табл. 1).
Таблица 1
Наиболее информативные параметры биофизического состояния мембран эритроцитов и лимфоцитов при атопических заболеваниях у детей ( в ОЕ) (М±т)
ЗАБОЛЕВАНИЕ ПАРАМЕТР
Микровязкость в поверхностных слоях мембраны эритроцита Микровязкость в поверхностных слоях мембраны лимфоцита Погруженность белков в липиды в мембране эритроцита Погруженность белков в липиды в мембране лимфоцита
Здоровые дети без АДГР в анамнезе 0,321±0,015 0,441±0,043 0,504±0,014 0,188±0,020
Здоровые дети с АДГР в анамнезе 0,366±0,020 0,395±0,062 Не определяли 0,142±0,022
АД 0,280±0,015 р2<0,01 0,336±0,037 р1<0,05 0,356±0,011 р1<0,01 0,136±0,017 р1<0,05
БА 0,302±0,009 р2<0,05 0,280±0,020 р1<0,001 0,372±0,018 р1<0,01 0,110±0,010 р1<0,01
АД+БА 0,286±0,015 р2<0,05 0,273±0,033 р1<0,01 0,339±0,016 р1<0,01 0,121±0,017 р1<0,05
Поллиноз 0,305±0,012 р2<0,1 0,211±0,024 р1<0,001 Не определяли 0,163±0,015
Оказалось, что характерным признаком всех атопических заболеваний является снижение фракции СХ в плазме крови, а для БА и полли-ноза с бронхообструктивным синдромом - дополнительно снижение уровня ОФЛ плазмы, наиболее выраженное в группе больных с обострением БА. Такое снижение не зависело от тяжести и фазы атопических болезней, то есть полностью соответствовало выбранным критериям. Характерным является снижение процентной доли СХ в липидном спектре плазмы крови у детей с АД и здоровых с указаниями на наличие в анамнезе АДГР (контроль -30,37±1,79%; здоровые дети с АДГР в анамнезе -24,98±1,80%; дети с АД - 20,50±1,38%;
р1-2<0,05; р1-3<0,001). Одновременно, в этих же группах зарегистрировано повышение отношения ОФЛ/СХ, в подгруппе детей с АДГР в анамнезе большей частью происходившее за счет снижения доли СХ.
Снижение содержания СХ у детей с атопическими болезнями выявлено и в мембранных фракциях эритроцитов и лимфоцитов (табл. 2). Также, как и для плазмы крови, в мембранах снижение СХ достоверно не изменялось в зависимости от тяжести и фазы АД, хотя в эритроцитах отмечалась отчетливая тенденция к более низкому содержанию СХ с ростом тяжести заболевания. При БА наиболее низкие значения содержания СХ в эритроцитах и лимфоцитах выявлены при средней степени тяжести заболевания; они были снижены как в стадии обострения, так и в ремиссии. Весьма демонстративно, что и в плазме, и в клеточных мембранах проявляется четкая тенденция к снижению СХ в подгруппе здоровых детей с АДГР в анамнезе, а в спектре липидов мембран лимфоцитов и плазмы крови наиболее низкие значения СХ были у детей с поллинозом.
Физико-химические свойства клеточных мембран определены нами с помощью высокоинформативного метода флюоресцентного зондирования, позволяющего выявить как наличие изменений в структуре мембран, так и обозначить их локализацию и выраженность, что при совместном анализе липидного спектра плазмы крови и клеточных мембран создает определенные предпосылки для их детализации и коррекции. Из всех изученных с помощью флюоресцентных меток свойств мембран эритроцитов и лимфоцитов критериям первичных биологических дефектов, предрасполагающих к формированию персистирующего аллергического воспаления, полностью отвечали два параметра, в обоих случаях отражающие свойства поверхностных локусов мембран, в области взаимодействия периферических мембранных белков с липидами (табл. 1).
Первым из выделенных параметров является микровязкость в поверхностных областях мембраны. Оказалось, что при атопических заболеваниях микровязкость поверхностных областей мембран эритроцитов и лимфоцитов снижена, причем в лимфоцитах наименьшие значения микровязкости отмечены в группе детей с поллинозом.
В мембранах эритроцитов снижение микровязкости не зависело от фазы заболевания у больных БА, а у больных АД достоверно сниженным оказывалось лишь в ремиссию заболевания. Разделение больных детей в зависимости от степени тяжести заболевания показало, что если тяжесть АД не влияла на текучесть мембраны в поверхностных слоях, то при БА достоверно сниженной микровязкость была лишь в группе средней степени тяжести, а при легкой и тяжелой БА показатель, имея тенденцию к снижению, не претерпевал достоверных отличий с группой конт-
Таблица 2
Содержание свободного холестерина в плазме, мембранах эритроцитов и лимфоцитов при атопических заболеваниях у детей (М±т)
СОДЕРЖАНИЕ ФРАКЦИИ СВОБОДНОГО ХОЛЕСТЕРИНА
ЗАБОЛЕВАНИЕ в плазме (ммоль/л) в мембранах эритроцитов (ммоль/л суспензии выделенных мембран) в мембранах лимфоцитов (% от суммы фракций нейтральных липидов)
Здоровые дети без АДГР в анамнезе 2,363±0,183 0,760±0,040 36,52±1,84
Здоровые дети с АДГР в анамнезе 2,037±0,266 0,713±0,056 33,65±2,28
АД 1,336±0,126 р<0,01 0,571±0,042 р<0,05 33,46±1,67
БА 1,679±0,055 0,596±0,026 31,35±0,83
р<0,01 р<0,01 р<0,05
АД+БА 1,522±0,095 р<0,01 0,593±0,040 р<0,05 32,21±1,37
роля. В лимфоцитах также снижение микровязкости зарегистрировано и в обострении, и в ремиссию БА, однако однонаправлено с эритроци-тарными мембранами обнаруживало четкую связь с тяжестью заболевания - при легкой ин-термиттирующей астме показатель не отличался от контроля и был достоверно выше по сравнению с группами легкой персистируюшей и среднетяжелой астмы. Фаза (обострение/ремиссия) и тяжесть АД не оказывали влияния на рассматриваемый показатель.
Одновременно нами выявлено снижение погруженности мембранных белков в липиды как в эритроцитах, так и в лимфоцитах, зарегистрированное по показателям индуктивно-резонансного перехода в системе триптофанилы-пирен. Мембранные протеины имели более поверхностное расположение при поллинозе, АД, БА и сочетании этих заболеваний. При этом если в эритроцитах снижение погруженности не зависело от тяжести и фазы заболевания, то в лимфоцитах было наиболее выражено при легкой пер-систирующей и среднетяжелой астме и обнаруживало тенденцию к нормализации в ремиссию болезни.
Таким образом, характерной для детей с атопическими заболеваниями особенностью липидного обмена в системе плазмоклеточные мембраны является снижение содержания СХ в плазме крови и клеточных мембранах по сравнению с группой детей, не имеющих аллергических болезней. Полное соответствие изменений этого показателя выбранным критериям; характерные тенденции к снижению у здоровых детей, имеющих анамнестические признаки атопии; наличие однонаправленности в плазме и двух исследованных клеточных линиях свидетельствуют о первичных особенностях обмена холестерина, играющих роль в модификации структуры клеточных мембран, предрасполагающих к атопическим болезням. Характерно, что раннее снижение мембранного холестерина было выявлено у взрослых больных БА по отношению к здоровым лицам [1]. Более того, высказывалась гипотеза о наличии при БА, в частности и при атопии в целом, патологии мембранорецепторного комплекса, обусловленной незрелостью (“недодиф-ференцировка”) клеток, вызванной недостаточным содержанием холестерина в мембране [3].
Из крупномасштабных эпидемиологических исследований известны снижение общей распространенности группы атопических заболеваний и изменения их клинических проявлений с возрастом. С другой стороны, известно возрастное увеличение плазменного и мембранного содержания холестерина, что является общебиологическим феноменом развития и старения, ча-
стично продемонстрированное и в наших исследованиях. Учитывая показанное выше характерное для атопических заболеваний снижение содержания СХ, предрасполагающее к клинической манифестации атопии как иммунного дефекта, логичным представляется патофизиологическое объединение этих фактов. Таким образом, большая распространенность атопических заболеваний в детском и молодом возрасте с точки зрения липидной структуры мембраны может объясняться физиологически обусловленным низким содержанием холестерина, а нарастание содержания холестерина с возрастом обладает определенным протективным эффектом в отношении клинических проявлений атопии. При этом можно предположить взаимодействие двух разнонаправленных возрастных процессов - нарастание сенсибилизации, связанное с увеличением экспозиции аллергенов и разнообразных экологических, инфекционных факторов, и снижение относительного вклада мембранопатологического компонента патогенеза атопических болезней, что, по всей видимости, и определяет различие структуры и клинической картины атопических заболеваний у детей и взрослых. Этим, в частности, может объясняться и большая эффективность мембра-нотропной терапии (кетотифен, кромогликаты) у детей по сравнению со взрослыми.
Патогенетическое значение установленных фактов нарушения взаимодействия белков мембраны с липидным бислоем заключается в возможной модификации функциональной активности мембранных белков, в частности рецепторной их составляющей, что несомненно приводит к изменению внутриклеточного метаболизма и межклеточного взаимодействия. При этом мы предполагаем изменения липидного спектра, выражающиеся в сниженном содержании холестерина в мембране, что дополнительно может модифицировать и обмен мембранных фосфолипидов в сторону увеличения образования липидных медиаторов воспаления, играющих важную роль в патогенезе атопических заболеваний.
Выводы. Основной особенностью липидного спектра плазмы и клеточных мембран у детей с атопическими заболеваниями является снижение абсолютного и относительного содержания холестерина. Такое снижение обладает свойствами “первичного биологического дефекта”; оно имеется при всех изученных атопических заболеваниях и сохраняется в ремиссию. Обнаружена однонаправленная тенденция изменений у здоровых детей с наличием атопического дерматита в грудном возрасте, выявляемая в плазме
крови и в двух клеточных линиях - эритроцитах и лимфоцитах.
Параллельно снижению мембранного холестерина у детей с атопическими болезнями наблюдаются изменения биофизических характеристик мембран - снижение микровязкости в поверхностных слоях и степени погруженности белков в липидный бислой, что может играть значительную роль в патогенезе этих распространенных заболеваний.
CONSTITUTIONAL FEATURES OF PLASMATIC MEMBRANES STRUCTURE AT ATOPICS DISEASES IN CHILDREN, ROLE IN PATHOGENY
S. U. Tereschenko
The decrease in cholesterin ofblood plasma, erythrocytes membranes, and lymphocytes at children with atopics diseases (bronchial asthma, atopic dermatitis, pollinosis) has been revealed. The decrease in cholesterin has been considered as a primary inherited biological defect. Simultaneously, at atopics diseases in membranes oferythrocytes and lymphocytes the decrease in the surface layers microviscosity and plunging of membranous protein in lipide bilayer has been revealed. We assume, that the specified infringements play the important role in atopics diseases pathogeny.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВанетикЕ.И. Базисная противовоспалительная терапия и структурно-функциональная организация мембран эритроцитов у больных бронхиальной астмой: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. Красноярск, 1999. 24 с.
2. Владимиров Ю.А., Добрецов Г.Е. Флюоресцентные зонды в исследовании биологических мембран. М., 1980. 320 с.
3. Минеев В.Н. Патогенетические и клинические аспекты нарушений мембранорецепторного комплекса эритроцитов при бронхиальной астме: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. СПб., 1993. 32 с.
4. Манчук В.Т.Научно-исследовательскому институту медицинских проблем Севера СО РАМН - 25 лет // Север-человек: проблемы сохранения здоровья. Материалы Всероссийской научн. конф. с международным участием. Красноярск, 2001. С. 5-27.
5. ПрахинЕ.И., Терещенко СЮ. Липиды плазматических мембран и липидные медиаторы воспаления у детей с атопическими заболеваниями - роль в патогенезе и возможные пути коррекции // Педиатрия. 2000. № 2. С. 82-88.
6. Ростовцев В.Н., Резник Г.Е. Количественное определение липидных фракций плазмы крови // Лаб. дело. 1982. №4. С. 218-221.
7. Dodge J.T., Mitchell C., Hanahan D. The preparation and hemical characteristics of hemoglobin - free shosts of human erythrocyts // Arch. Biochem. And Biophis. Vol. 100. № 1. P. 119-130.
