CC BY
66
[гиена и санитария 5/2014
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2014 УдК 614.72:616.2-053.2-078.33-008.9-074
Маснавиева Л.Б., Кудаева И.В., Ефимова Н.В., Бударина Л.А., Тихонова И.В.
применение иммунобиохимических показателей для выявления хронической патологии верхних дыхательных путей
ФГБУ Восточно-Сибирский научный центр экологии человека СО РАМН, 665827, Ангарск
Проведено комплексное обследование организованных детей 14-17лет, проживающих в промышленных центрах с умеренным и высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха. На основании осмотра оториноларингологом в каждом из городов выделена группа школьников с хронической патологией верхних дыхательных путей (ХП ВДП) в стадии ремиссии. В данных группах была проведена оценка информативности иммунобио-химических показателей для выявления патологии, обусловленной действием техногенных факторов. Наиболее информативные показатели (относительное содержание аутоантител к бета-2-гликопротеину 1 (b2-ГП1), средняя индивидуальная иммунореактивность (СИР), скорость оседания эритроцитов (СОЭ), уровень альфа-1-антитрипсина (al-АТ)) были использованы в математической модели, на основании которой можно рассчитать диагностический коэффициент, позволяющий выявить в обследованных группах ХП ВДП, развившуюся под влиянием загрязнения атмосферного воздуха. Указанный подход можно применять при формировании групп детей, подвергающихся негативному воздействию, для их оздоровления.
Ключевые слова: техногенное загрязнение атмосферного воздуха; дети; иммунобиохимические показатели; модель.
Masnavieva L. B., Kudaeva I. V., Efimova N. V., Budarina L. A., Tikhonova I. V. - APPLICATION OF IMMUNO-BIOCHEMICAL INDICES FOR THE IDENTIFICATION OF THE CHRONIC PATHOLOGY OF THE UPPER RESPIRATORY TRACT
East-Siberian Scientific Center of Human Ecology, 665827, Angarsk, Russian Federation
A comprehensive survey of organized children aged 14-17 years residing in the industrial centers with moderate and high levels of air pollution was performed. On the base of the examination of otorhinolaryngologist in the each of cities there was selected the group of schoolchildren with chronic pathology of the upper respiratory tract at the stage of remission. In these groups there was performed the assessment of the informativeness of immuno-biochemical indices for the identification of pathology caused by the impact of man-made factors. The most informative (relative content of autoantibodies to p2-glycoprotein-1, the average individual immunoreactivity, erythrocyte sedimentation rate, level of a1-antitrypsin) were used in the mathematical model, on the based of which it was possible to calculate the diagnostic coefficient, allowing to identify in the groups observed by ourselves, chronic pathology of upper respiratory tract, formed under the influence of ambient air pollution. The above approach can be used in the formation groups for health promotion of children exposed to the negative impact
Key words: man-made ambient air pollution; children; immuno-biochemical indices; model.
В настоящее время имеются многочисленные данные о негативном влиянии загрязнения окружающей среды [1, 2]. По обобщенным данным Всемирной организации здравоохранения, около 20% риска нарушений здоровья приходится на состояние окружающей среды. Однако в зависимости от уровня развития страны этот вклад может варьировать от 8 до 60%. На человека напрямую или опосредованно действуют все факторы окружающей среды, но наибольшее влияние оказывает атмосферный воздух. Его загрязнение отражается на частоте заболеваний дыхательной системы, в первую очередь ее верхних отделов, эпителиальные ткани которых являются пограничными с внешней средой. Как следствие в структуре общей заболеваемости болезни органов дыхания занимают одно из ведущих мест. Среди детей и подростков промышленных центров северных и восточных регионов страны частота патологии ЛОР-органов и органов дыхания достигает 70% [3]. Поллютанты способствуют подавлению системы местной защиты от вирусных и бактериальных агентов, формированию острого и хронического воспаления. Поэтому дети, проживающие в экологически неблагополучных районах, имеют склон-
для корреспонденции: Маснавиева Людмила Борисовна; [email protected]
For correspondence: Masnavieva Lyudmila; masnavieva_luda@ mail.ru
ность к частому рецидивированию заболеваний вследствие повышенной восприимчивости к бактериальным и вирусным инфекциям [4]. Однако не всегда можно установить роль техногенного влияния на формирование и особенности течения хронической патологии верхних дыхательных путей (ХП ВДП).
Детское население является одной из групп, наиболее чувствительных к воздействию техногенных факторов, поскольку во время пре- и постнатального развития, когда системы детоксикации еще не совсем сформированы, организм подвергается негативному воздействию окружающей среды.
Цель данного исследования - разработка метода выявления в период ремиссии хП ВДП, обусловленной загрязнением атмосферного воздуха, с использованием иммунобиохимических показателей.
Материалы и методы
Исследование проведено в городах с разным уровнем техногенной нагрузки. В атмосферный воздух данных населенных пунктов из стационарных источников предприятий химической промышленности поступают формальдегид, бенз(а)пирен, фенол, сероводород, толуол, диоксиды серы, азота, углерода и др. Суммарное загрязнение атмосферного воздуха в Ангарске оценивается как высокое, в Саянске - как умеренное. Неканцерогенный риск развития патологии органов дыхания и нарушений иммунитета для населения Ангарска составил 13,9 и 5,6
соответственно, в Саянске - 3,1 и 1,1 соответственно [5]. Полученные данные свидетельствуют о возможности значительного вклада загрязнения атмосферного воздуха в формирование патологии верхних дыхательных путей у жителей Ангарска.
Обследованы организованные дети 14-17 лет, посещающие общеобразовательные учреждения, отвечающие санитарно-гигиеническим нормам (189 в Ангарске и 187 в Саянске). Дети проживали в условиях загрязнения атмосферного воздуха различного уровня выбросами промышленных предприятий. Комплексное обследование включало осмотр оториноларингологом, изучение гематологических, биохимических и иммунологических показателей.
Для разработки метода были сформированы две «обучающие» группы с хронической патологией верхних дыхательных путей (ХП ВДП) в стадии ремиссии: 1-ю группу составили 26 подростков из Ангарска, 2-ю - 44 школьника из Саянска.
У детей натощак производили забор крови из локтевой вены с помощью вакуумных систем. В сыворотке крови определяли относительное содержание аутоанти-тел (ауто-АТ) класса IgG к 16 различным антигенам полуколичественным методом иммуноферментного анализа при помощи детской панели ЭЛИ-Висцеро-Тест-16 («Иммункулус», Москва). Среднюю индивидуальную иммунореактивность (СИР) рассчитывали по относительному содержанию всех 16 специфических ауто-АТ [6]. Для оценки состояния иммунной системы использовали показатели, характеризующие отклонение относительного содержания специфических ауто-АТ (ауто-АТ к нативной ДНК (нДНК), бета-2-гликопротеину 1 (Р2-ГП1) и Fc-фрагменту IgG) от СИР. Уровни ауто-АТ исследуемых образцов рассчитывают относительно контрольной сыворотки, поэтому значения относительного содержания (иммунореактивности) специфических ауто-АТ и СИР могут быть как положительными, так и отрицательными [6]. В сыворотке крови методом иммуноферментного анализа определяли уровни ^А и IgE (общего) с помощью соответствующих тест-систем («Вектор-Бест», Россия, и «Human», Германия, соответственно). Реакцию торможения миграции лейкоцитов проводили с использованием планшетов Costar в культуральной среде RPMI-1640 с 2 мМ L-глутами-на, 5-10% эмбриональной телячьей сыворотки с добавлением тестируемого хемокинетиче-ского фактора (формальдегид). В качестве отрицательного контроля использовали культу -ральную среду без добавления хемоаттрактантов. В качестве положительного контроля подавления миграции лейкоцитов применяли митоген фитогемаг-глютинин (ФГА). Каждый тестируемый образец анализировали в параллели (не менее 3-4 лунок). Количественный учет результатов после инкубации производили на бинокулярной
лупе, визуально определяя размер колонии по шкале внутри окуляра. Далее вычисляли индекс миграции по соотношению тестируемых образцов и положительного контроля. Индексы миграции, лежащие за пределами
0.80-1,20, считали положительными. Уровень альфа1-антитрипсина (а1-АТ) в сыворотке крови определяли иммунотурбидиметрическим методом с использованием тест-наборов компании «Sentinel» (Италия). В цельной крови оценивали скорость оседания эритроцитов (СОЭ) методом Панченкова.
Статистическую обработку результатов осуществляли при помощи пакета прикладных программ Statistica 6.0 параметрическим и непараметрическим методами (/-критерий Стьюдента и U-критерий Манна-Уитни соответственно). Результаты исследований представлены в виде медианы и интерквартильного диапазона (Me [LQ-UQ]). Для разработки математической модели использовали дисперсионный и дискриминантный анализ с пошаговым включением.
результаты и обсуждение
В иммунобиохимических исследованиях у школьников промышленных центров выявлены различия в содержании некоторых из изученных показателей (табл.
1.). Это позволило предположить, что данные показатели являются более чувствительными к химическим загрязнителям атмосферного воздуха и могут служить маркерами их воздействия.
На основании результатов осмотра оториноларингологом среди всех обследованных школьников выделены дети, у которых была установлена ХП ВДП: хронические фарингит, тонзиллит, вазомоторный ринит. Частота данной патологии у школьников Ангарска достоверно выше, чем в Саянске, - 46,3 ± 3,9 и 28,3 ± 5,2 случая на 100 обследованных соответственно (р < 0,05).
Далее была проведена оценка информативности
Таблица 1
иммунобиохимические показатели у подростков, проживающих в городах с разным уровнем загрязнения атмосферного воздуха
Показатель Ангарск (n = 189) Саянск (n = 187) Р
а1-АТ, мг/дл 173,0 [147,0-200,0] 141,0 [129,0-153,0] 0,000
Гемоглобин, г/л 139,0 [132,0-150,0] 142,0 [134,0-149,0] 0,060
Лейкоциты, 109/л 4,70 [4,30-5, 10] 4,80 [4,20-6,00] 0,023
Палочкоядерные нейтрофилы, % 1,0 [0,5-1,5] 1,0 [1,0-2,0] 0,000
Сегментоядерные нейтрофилы, % 47,0 [41,0-51,5] 46,8 [42,0-55,0] 0,482
Эозинофилы, % 2,5 [1,5-4,0] 2,5 [1,0-4,0] 0,295
Базофилы, % 0,5 [0,0-0,5] 0,5 [0,0-1,0] 0,028
Моноциты, % 7,0 [5,5-9,0] 7,0 [5,0-9,0] 0,148
лимфоциты, % 41,5 [35,0-47,0] 41,0 [33,0-46,0] 0,430
СОЭ, мм/ч 4,0 [3,0-7,0] 6,0 [4,0-10,0] 0,000
^А, мкг/мл 4,00 [2,56-6,20] 6,01 [4,23-8,32] 0,000
^Е общий, МЕд/мл 31,55 [2,21-86,36] 27,36 [9,35-71,87] 0,106
Антитела к нДНК, % -5,20 [-13,20-3,30] -4,64 [-20,6-6,75] 0,753
Антитела к Р2-ГП1, % 0,17 [-9,77-12,56] 20,07 [11,81-29,36] 0,000
Антитела к Fc-фрагменту IgG, % -6,72 [-16,38-2,55] 7,60 [2,14-13,86] 0,000
СИР, % -23,90 [-35,40 - 15,00] -30,50 [-39,60 - 23,87] 0,000
гиена и санитария 5/2014
Таблица 2
Информативность иммунобиохимических показателей для выявления экологической обусловленности ХП ВДП
Показатель Информативность
а1-АТ 47,63
Гемоглобин 0,19
Лейкоциты 16,36
Палочкоядерные нейтрофилы 1,38
Сегментоядерные нейтрофилы 5,26
Эозинофилы 0,99
Базофилы 0,99
Моноциты 0,19
Лимфоциты 7,36
СОЭ 23,49
^А сывороточный 2,96
1§Е 0,27
Антитела к нДНК 51,06
Антитела к Р2-ГП1 600,67
Антитела к Бс-фрагменту IgG 197,94
СИР 84,04
изучаемых иммунобиохимических показателей для выявления роли экологических факторов в формировании и протекании ХП ВДП. Анализ информативности полученных результатов осуществляли на группах детей, проживающих вблизи промышленного предприятия в городе с высоким уровнем загрязнения, и их сверстников из города с умеренным загрязнением атмосферы при помощи метода Байеса, реализованного в автоматизированной программе (постановка задачи: Е.Н. Носуля; разработка программы: Васильев С.Н. и соавт.). Наиболее значимыми оказались содержание ауто-АТ к нДНК, ß2-ГП1 и Fс-фрагменту IgG, СИР, СОЭ, а1-АТ (табл. 2.), которые в дальнейшем использовались для разработки математической модели.
Следует отметить, что из перечисленных 6 показателей, имеющих наибольшую информативность, 4 характеризуют состояние иммунной системы.
Для подтверждения ответа иммунной системы обследуемых подростков с хП ВДП на действие поллютантов была проведена оценка реакции лейкоцитов на формальдегид. Результаты показали, что среднегруп-повая реакция на данный аллерген в группе детей из Ангарска характеризовалась усилением миграции (41,02 [5,29-55,29]%), в то время как у школьников из Саянска зарегистрировано торможение миграции лейкоцитов (-20,55 [-36,04 - -8,48]%; р = 0,000). Несмотря на то что среднегрупповые показатели в обследуемых выборках находились в пределах референс-ных величин, примерно у 25% детей в каждой группе наблюдался ответ иммунной системы на формальдегид. При этом характер ответной реакции лейкоцитов в данном тесте различался между группами в отношении не только исследуемого соединения, но и ФГА (5,29 [0,00-25,44]% и -6,62 [-15,74-1,05]% для школьников Ангарска и Саянска соответственно;
р = 0,036). Следовательно, у подростков, проживающих в условиях более выраженного техногенного загрязнения атмосферного воздуха и страдающих хП ВДП, ответная реакция иммунокомпетентных клеток на аллергены имеет отличительные особенности. Данный факт позволил предположить, что принципиальные различия могут касаться не только ответа иммунной системы на сенсибилизирующее действие химических веществ, но и функционирования иммунной системы в целом.
Для выявления этих особенностей было проведено межгрупповое сравнение значений наиболее информативных иммунобиохимических показателей. Обнаружены статистически значимые различия между «обучающими» группами в содержании ауто-АТ к Р2-ГП1 и к Fc-фрагменту IgG, а также по индексу СИР (табл. 3).
Обсуждая данный факт, необходимо сказать, что незначительные уровни ауто-АТ обнаруживаются в крови у здоровых людей, так как их продукция в небольших количествах является естественным процессом, способствующим элиминированию из организма продуктов клеточного метаболизма и естественного обновления тканей. Развитие практически любого патологического процесса сопровождается изменением интенсивности апоптоза и регенерации клеток и отражается на продукции ауто-АТ нужной специфичности [7]. При этом отклонение относительного содержания специфических ауто-АТ в пределах от -20 до +10% и уровней СИР в диапазоне от -40 до -10% считается физиологичным. Обнаруженные нами изменения в содержании специфических ауто-АТ и СИР являются прежде всего отражением не патологических, а адаптивных процессов, протекающих в организме, поскольку среднегрупповые значения данных показателей находятся в пределах референсного диапазона. Около 25% обследуемых 1-й группы имели значения СИР выше -10%. Данный факт позволяет предположить развитие у них процессов иммуноактивации. У аналогичного количества школьников 2-й группы зарегистрирована тенденция к снижению СИР до менее -40%, что говорит о преобладании у них процессов ги-пореактивности. Подтверждением разных типов реагирования иммунной системы у подростков двух групп являются также значения относительно содержания АТ к Р2-ГП1 и Fc-фрагменту.
Следует отметить, что лица обеих групп не имели на момент обследования признаков острого или обострения хронического воспаления, что было констатировано врачом и подтверждено результатами лабораторных исследований. Так, показатели общего анализа крови на содержание белков острой фазы воспаления находились
Таблица 3
Иммунобиохимические показатели у подростков с ХП ВДП
Показатель 1-я группа 2-я группа Р
Содержание ауто-АТ к нДНК, % 6,41 [-4,76-15,50] 4,17 [-5,78-23,90] 0,924
Содержание ауто-АТ к Р2-ГП1, % 4,87 [-11,33-19,31] -23,22 [-28,44-13,53] 0,000
Содержание ауто-АТ к Бс-фрагменту, % 8,10 [-2,55-15,04] -7,00 [-13,21-1,17] 0,005
СИР, % -19,06 [-25,47 - -11,48] -27,96 [-37,43 - -20,20] 0,000
СОЭ, мм/ч 5,00 [3,00-8,00] 8,00 [4,50-12,00] 0,036
Содержание а1-АТ, мг/дл 153,0 [140,0-177,0] 139,5 [124,5-154,0] 0,005
в пределах референсных значений [8]. В то же время при оценке СОЭ установлены статистически значимые межгрупповые различия.
Кроме того, как среднегрупповые, так и индивидуальные значения уровня а1-АТ не выходили за пределы референсных величин, однако статистически значимо различались между группами. Считается, что повышение данного показателя может являться компенсаторным и быть обусловлено ответной реакцией организма на перманентное воздействие внешних факторов [9, 10].
На следующем этапе для формирования заключения о влиянии техногенного загрязнения атмосферного воздуха на развитие ХП ВДП было получено уравнение, в котором диагностический коэффициент (у) рассчитывается с помощью переменных, включающих выявленные информативные показатели:
у = 0,521 + 0,012 ■ СИР + 0,013 ■ (ауто-АТ к Р2-ГП1) -0,017 ■ СОЭ + 0,003 ■ (а1-АТ).
Коэффициент аппроксимации Я = 0,76, критерий Фишера Б(4,65) = 22,69, р < 0,000. Стандартная ошибка оценки: 0,323. Данная формула позволяет выявить хП ВДП, сформированную в условиях загрязнения атмосферного воздуха.
На основании анализа зависимости результатов расчетной и фактической диагностики получены 3 диагностических диапазона с пороговыми значениями [-0,6-+0,23], [+0,24-+0,71], [+0,72-+1,4], оцениваемые как «хроническое заболевание ВДП без техногенного воздействия», «хроническое заболевание ВДП, когда воздействие техногенного фактора не установлено», «хроническое заболевание ВДП на фоне воздействия техногенного фактора». Проверка адекватности предложенного метода показала, что его специфичность составляет 43,1%, чувствительность - 74,2%. Расчет диагностического коэффициента позволяет выявить заболевание по лабораторным данным, в том числе при дистанционном обследовании, когда нет возможности провести физикальный осмотр детей специалистом. Формирование двух групп риска дает возможность адекватного назначения лечебных и реабилитационных мер, минимизации лекарственной нагрузки на детей и целевого использования финансовых средств.
Заключение
Полученные в работе данные свидетельствуют о том, что течение ХП ВДП в условиях техногенной нагрузки происходит на фоне склонности к гиперреактивности иммунной системы, в то время как при оптимальных показателях загрязнения атмосферного воздуха хронические заболевания ВДП в стадии ремиссии сопровождаются предрасположенностью к формированию гипо-реактивности иммунной системы. Отмеченные различия в комплексе с клинико-биохимическими показателями (СОЭ и а1-АТ) позволили разработать математическую формулу, которая в исследованных нами группах дала возможность выявить ХП ВДП, развившуюся в условиях загрязнения атмосферного воздуха. Данный подход можно применять для выявления ХП ВДП в стадии ремиссии и формирования групп для реализации профилактических мероприятий, направленных на сохранение здоровья детей.
Коллектив авторов выражает благодарность научному сотруднику лаборатории медицинской экологии канд. мед. наук Катульской Ольге Юрьевне за организацию комплексного обследования детей.
Литер атур а:
1. Авдеев С.Н., Овсянников Н.В., Ляпин В.А. Загрязнение окружающей среды и заболеваемость бронхиальной астмой взрослого населения крупного промышленного города. Казанский медицинский журнал. 2011; 4: 577-81.
2. Тулякова О.В. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на особенности заболеваемости и психического развития детей. Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». 2012; 1: 165-9.
3. Борзов Е.В. Распространенность патологии ЛОР-органов у детей. Новости оториноларингологии и логопедии. 2002; 1: 23-6.
4. Стамова Л.Г., Чеснокова Е.А. Загрязнение атмосферного воздуха и его влияние на заболеваемость органов дыхания у детей. Гигиена и санитария. 2005; 5: 28-30.
5. Ефимова Н.В., Тихонова И.В., Жигалова О.В., Катульская О.Ю., Абраматец Е.А., Рычагова О.А. и др. Ингаляционный риск здоровью населения на территориях размещения химических предприятий (на примере Иркутской области). Сибирский медицинский журнал. 2009; 5: 111-14.
6. Полетаев А.Б., Вабищевич Н.К., Гнеденко Б.Б О возможных механизмах нарушения развития нервной системы ребенка при диабетической фетопатии. Вестник Российской Ассоциации акушеров-гинекологов. 1998; 3: 31-6.
7. Полетаев А.Б. Новые подходы к раннему выявлению патологических изменений в организме человека. Методические рекомендации для врачей. М.: «Иммункулус»; 2011.
8. Маснавиева Л.Б., Бударина Л.А., Кудаева И.В. Оценка показателей гемограммы и цитокинового статуса здоровых подростков, проживающих в промышленных городах Иркутской области. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2013; 3 (1): 96-9.
9. Назаров П.Г. Реактанты острой фазы воспаления. М.: Институт экспериментальной медицины РАМН; 2001.
10. Пузырев В.П., Савюк В.Я. Молекулярные основы и клинические аспекты недостаточности альфа1-антитрипсина. Пульмонология. 2003; 1: 105-15.
References
1. Avdeev S.N., Ovsyannikov N.V., Lyapin V.A. Pollution and the incidence of asthma adult population of a large industrial city. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal. 2011; 4: 577-81. (in Russian)
2. Tulyakova O.V. Impact of air pollution on morbidity and especially mental development of children. Kurskiy nauchno-prakticheskiy vestnik "Chelovek i ego zdorov'e". 2012; 1: 165-9. (in Russian)
3. Borzov E.V. The prevalence of upper respiratory tract pathology in children. Novosti otorinolaringologii i logopedii. 2002; 1: 23-6. (in Russian)
4. Stamova L.G., Chesnokova E.A. Air pollution and its impact on the incidence of respiratory organs in children. Gigiena i sanitariya. 2005; 5: 28-30. (in Russian)
5. Efimova N.V., Tikhonova I.V., Zhigalova O.V., Katul'skaya O.Yu., Abramatets E.A., Rychagova O.A. et al. Inhalation risk to public health in the territories organize chemical plants (for example, the Irkutsk region). Sibirskiy meditsinskiy zhurnal. 2009; 5: 111-4. (in Russian)
6. Poletaev A.B., Vabishchev N.K., Gnedenko B.B. On the possible mechanisms of developmental disorders of the nervous system in diabetic child fetopathy. Vestnik Rossiyskoy assotsiatsii akusheov-ginekologjv. 1998; 3: 31-6. (in Russian)
7. Poletaev A.B. New approaches to the early detection of pathological changes in the human body [Novye podkhody k rannemu vyyavleniyu patologicheskikh izmeneniy v organizme cheloveka]. Metodicheskie rekomendatdii dlya vrachey. Moscow: "Immunkulus"; 2011. (in Russian)
8. Masnavieva L.B., Budarina L.A., Kudaeva I.V. Estimation of the hemogram and cytokine status healthy adolescents living in the industrial cities of Irkutsk Region. Byulleten' VSNC SO RAMN. 2013; 3 (1): 96-9. (in Russian)
9. Nazarov P.G. Acute phase reactants of inflammation. Moscow: Institut Eksperimental'noy Meditsiny RAMN; 2001. (in Russia)
10. Puzyrev V.P., Savyuk V.Ya. Molecular basis and clinical aspects of alpha 1-antitrypsin deficiency. Pul'monologiya. 2003; 1: 105-15. (in Russian)
Поступила 28.01.14 Received 28.01.14
