CC BY
23
УДК 616.248:612.225:611-018.54(577.175.534+57.053.4)
РОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЦИКЛИЧЕСКОГО АДЕНОЗИНМОНОФОСФАТА И КОРТИЗОЛА ПЛАЗМЫ КРОВИ В ПРОГНОЗИРОВАНИИ ВЕРОЯТНОСТИ РАЗВИТИЯ ХОЛОДОВОЙ БРОНХОКОНСТРИКЦИИ У БОЛЬНЫХ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМОЙ
А.Б.Пирогов, Д.Е.Наумов, Е.В.Ушакова
Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания Сибирского отделения РАМН, 675000,
г. Благовещенск, ул. Калинина, 22
РЕЗЮМЕ
Феномен Холодовой бронхиальной гиперреактивности представляет собой актуальную клиническую проблему, поскольку часто встречается у больных бронхиальной астмой, проживающих в холодных климатических условиях и является фактором формирования флюктуирующей бронхиальной обструкции. Однако его ранняя диагностика путем проведения холодовой бронхопровокации часто невозможна ввиду технических ограничений или наличия медицинских противопоказаний. В этом случае могут быть полезны непрямые методы диагностики, основанные на определении биомаркеров, ассоциированных с Холодовой бронхоконстрикцией. Целью настоящего исследования было определить роль нарушений глюкокортикоидного гомеостаза и функциональной активности р2"аДРеноРеДептоРного комплекса как предикторов холодовой бронхиальной гиперреактивности у больных бронхиальной астмой. С помощью логистического регрессионного анализа было получено три математических модели, позволяющих производить прогнозирование с точностью до 83%. Приведена подробная сравнительная характеристика информационной ценности предложенных методов.
Ключевые слова: прогнозирование, холод, бронхиальная гиперреактивность, астма, кортизол, цАМФ, адренорецепция.
SUMMARY
PREDICTIVE ROLE OF CYCLIC ADENOSINEMONOPHOSPHATE AND PLASMA CORTISOL IN THE DEVELOPMENT OF COLD AIR INDUCED BRONCHOCONSTRICTION IN ASTHMATICS
A.B.Pirogov, D.E.Naumov, E.V.Ushakova
Far Eastern Scientific Center of Physiology> and Pathology> of Respiration of Siberian Branch RAMS, 22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000,
Russian Federation
The phenomenon of cold bronchial hyperresponsiveness represents an urgent clinical problem because of its high prevalence in asthmatics living in cold climate conditions and ability to promote the development of fluctuating bronchial obstruction. However, often its early diagnostics by cold bronchoprovocation challenge is not possible due to the technical limitations or the presence of medical contraindications. In this
case indirect methods based on the detection of biomarkers associated with the development of cold bron-choconstriction may be useful. The aim of the present study was to examine the role of disturbance in glucocorticoid homeostasis and functional activity of p2" adrenergic receptor complex as the predictors of cold bronchial hyperresponsiveness in patients with bronchial asthma. Using logistic regression analysis we invented three mathematical models allowing to perform the forecast with the accuracy up to 83%. Detailed comparative characteristic of the diagnostic values has been provided for all the proposed methods.
Key words: prediction, cold, bronchial hyperresponsiveness, asthma, cortisol, cAMP, adrenergic reception.
В настоящее время феномен измененной реактивности бронхов на холодовой стимул, часто регистрируемый у больных бронхиальной астмой (БА), рассматривается в качестве одного из ведущих компонентов в формировании бронхообструктивного синдрома [3]. Чрезмерно выраженная реакция бронхов на холодовое воздействие имеет довольно сложный поли-патогенетический механизм развития. Она во многом определяется не только характером и активностью воспалительного процесса в дыхательных путях, но и дисбалансом компонентов вегетативной нервной системы и эндокринного профиля в регуляции бронхиального тонуса. В настоящее время подчеркивается и существенная роль нарушений глюкокортикоидного гомеостаза и измененной функциональной активности (:i 2 - а д р с и о р с ц с п т о р и о го комплекса (Р2-АРК) дыхательных путей в моделировании воспалительных и не воспалительных компонентов патогенеза бронхиальной астмы [9, 10]. Установлено, что формирование холодовой бронхиальной гиперреактивности (хБГР) у больных БА также ассоциируется со снижением показателей активированного Р2-адренорецепторами синтеза циклического 3',5'-аденозинмонофосфата (цАМФ), наряду с уменьшением концентрации кортизола в плазме крови [2]. Принимая во внимание наличие взаимопотенциирующих влияний
функциональной активности глюкокортикоидов и р2-АРК в формировании измененной реактивности дыхательных путей у больных БА, с большой степенью вероятности можно говорить об оправданности применения показателей функциональной активности р2-АРК и концентрации кортизола крови в качестве дифференциально-диагностического теста хБГР. Остается неясным вопрос о доказательстве приемлемости и эффективности использования указанных биологических маркеров хБГР в условиях клинического при-
менения в пульмонологической практике для корректной постановки диагноза, когда выполнение методики бронхоконстрикторной провокации затруднительно по техническим условиям, либо из-за тяжести заболевания. Подобные сведения в литературе ограничены.
Цель настоящего исследования состояла в определении информативности показателей зависимого от р2-адренорецепторов синтеза цАМФ в лимфоцитах и кортизола плазмы крови в качестве предикторов вероятности наличия хБГР у больных БА.
Материалы и методы исследования
В работе использованы данные клинико-лабораторных наблюдений за 68 больными БА (40 женщин и 28 мужчин) с неконтролируемым течением заболевания. Средний возраст обследованных составил 36,8±1,32 лет. Диагностика проводилась согласно критериям Глобальной инициативы по бронхиальной астме [6]. Преобладали больные со смешанной формой астмы -59 (87%) человек. По степени тяжести у 56 (82%) диагностирована легкая персистирующая, у 12 (18%) -среднетяжелая БА. Стаж заболевания от 7 месяцев до 12 лет. Пациенты не включались в исследование, если в период ремиссии или обострения заболевания получали ингаляционные глюкокортикостероиды (ГКС) в дозе >1000 мкг/сут (в эквиваленте беклометазона) или системные ГКС в парентеральной или таблетирован-ной форме.
Обследование пациентов на 4-5 день пребывания в стационаре включало оценку функции внешнего дыхания по данным спирографических исследований на аппарате «Flowscreen» (Erich Jaeger, Германия) исходно и после бронхопровокационной пробы с 3-минутной изокапнической гипервентиляцией холодным воздухом (ИГХВ) по стандартной методике [1]. Положительная реакция на ИГХВ диагностировалась по снижению объема форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ|) >10% от исходной величины. Определение содержания базального кортизола плазмы крови (CORTISOL RIA) и функционального состояния р2-АРК дыхательных путей (RIA CYCLIC АМР) на мо-
дельной системе лимфоцитов периферической крови проводилось радиоиммунологическим методом, принимая во внимание определенное сходство фармакологических и функциональных свойств Р2-адренорецепторов лимфоцитов и легких. Анализировался уровень лимфоцитарного синтеза цАМФ, стимулированного адреналином 10'6М. Кровь (15 мл) на исследование брали из локтевой вены за 15 минут перед выполнением ХОЛОДОВОЙ пробы в период с 8 до 10 часов утра.
Статистическую обработку полученных данных выполняли с использованием программы «IBM SPSS Statistics», версия 20 (IBM Corp., 2011). Достоверность различий между группами определяли с помощью непарного t-критерия Стьюдента. Для выявления взаимосвязи между изучаемыми переменными проводился расчет коэффициента корреляции (г) Пирсона. С целью создания классифицирующих моделей на основе избранных предикторов использовался математический аппарат логистической регрессии. Для определения качества полученных моделей и граничных значений вероятности проводился ROC-анализ. Диагностическая информативность показателей оценивалась на основании расчетов операционных характеристик: чувствительность, специфичность, точность, прогностичность положительного и отрицательного результатов, а также площадь под ROC-кривой.
Результаты исследования и их обсуждение
Измененная реактивность бронхов в ответ на Холодовой стимул была выявлена у 37 (54%) больных (1 группа), снижение ОФВ, (ДОФВ,) составило в среднем 15,3±0,63%. 31 пациент с хБГР (46%) был отнесен во 2 группу (ДС>ФВ1=5,32±0,40%).
В ходе статистического анализа (табл. 1) были установлены достоверные межгрупповые различия концентраций кортизола (538,0±20,27 и 704,6±25,27 нмоль/л, для 1 и 2 групп соответственно; р<0,001) и стимулированного адреналином синтеза цАМФ в лимфоцитах (58,57±2,8 и 75,19±3,02 пмоль/106 кл. для 1 и 2 групп соответственно; р<0,001).
Таблица 1
Межгрупповые различия концентраций кортизола и цАМФ у больных БА до и после выполнения
холодовой бронхопровокационной пробы
Показатели Группа 1 Группа 2 Р
Кортизол (до холодовой пробы), нмоль/л 538,0±20,27 704,6±25,27 <0,001
Кортизол (после ХОЛОДОВОЙ пробы), нмоль/л 502,5±24,05 663,2±24,73 <0,001
цАМФ (до ХОЛОДОВОЙ пробы), пмоль/106 кл. 58,57±2,8 75,19±3,02 <0,001
цАМФ (после ХОЛОДОВОЙ пробы), пмоль/106 кл. 52,50±3,16 74,30±3,33 <0,001
Изменения показателей в ответ на бронхопровокационную пробу также имели специфический характер, демонстрируя различную динамику в зависимости от того, развивалась холодовая бронхоконстрикция или
нет. У больных 1 группы отмечалось значимое снижение выработки цАМФ (58,57±2,8 и 52,50±3,16 пмоль/106 кл.; р<0,05), в то время как уровень цАМФ среди лиц 2 группы достоверно не изменялся. Не-
смотря на то, что имелась тенденция к снижению концентрации кортизола, достоверной динамики по этому параметру также не отмечалось.
Кроме того, были выявлены положительные корреляционные связи средней степени выраженности между измененными уровнями синтеза цАМФ и кортизола крови как в общей группе пациентов (г=0,61; р<0,01), так и среди пациентов 1 ГI—0,44; р<0,01) и 2 групп (г=0,39 р<0,01).
В ходе логистического анализа были получены три регрессионных уравнения. Первое уравнение, включающее в качестве предиктора только показатель стимулированной концентрации цАМФ, имело вид:
Б, = 6,66- 0,09 х цАМФ.
Во втором уравнении с целью классификации наблюдений использовалась переменная концентрации кортизола плазмы крови (КОРТ):
Г2 = 5,93- 0,009 х КОРТ.
Третье регрессионное уравнение сочетало указанные показатели:
= 8,92 - 0,07 х цАМФ - 0,006 х КОРТ. Коэффициенты предикторов во всех трех уравнениях были значимы. Для расчета вероятности наличия хБГР использовалось уравнение логистической функ ции:
Р=1/(1 + е~р), где е - основание натурального логарифма, приблизи
тельно равное 2,718; Б - значение, полученное решением регрессионного уравнения для каждого диагностического теста.
С использованием ЯОС-анализа были выбраны оптимальные значения отсечения вероятности Р (0,58 -для первого, 0,59 - для второго, и 0,52 - для третьего уравнения), а также определена информативность предлагаемых диагностических тестов при выбранном значении отсечения. Оценивались показатели площади под ЯОС-кривыми. параметры чувствительности, специфичности, точности, прогностичности положительного и отрицательного результатов.
При проведении классификации пациентов 1 и 2 групп с использованием предложенных диагностических тестов были выявлены ошибки (ложноположительные и ложноотрицательные результаты). У больных 1 группы встречаемость ложноотрицательных случаев в тестах Р[ и Б2 составила 21,6% (8 из 37) и 18,9% (7 из 37), соответственно. Во 2 группе число ложноположительных результатов зарегистрировано в 32,2% (10 из 31) случаев для первого теста и 25,8% (8 из 31) - для второго. В несколько меньшей мере имели место ошибочные решения, принятые на основе уравнения БЗ: 13,5% (5 из 37) - в 1 группе, 19,4% (6 из 31) - во 2 группе. Числовые значения рассчитанных характеристик информативности приведены в таблице 2.
Таблица 2
Числовые значения характеристик информативности
Критерий Рі Р2 Р3
Чувствительность 78 81 86
Специфичность 68 74 80
Точность 74 78 83
Прогностичность положительного результата 74 79 84
Прогностичность отрицательного результата 72 77 83
Площадь под ЯОС 0,81±0,05 0,81±0,05 0,86±0,04
Ожидаемо, что комбинация критериев в третьем уравнении дает лучший результат, по сравнению с их изолированным использованием. Можно отметить среднее увеличение операционных характеристик на 8-10% по сравнению с первым диагностическим тестом, и на 4-6% - со вторым. При этом статистический тест сравнения площадей под ЯОС-кривыми не продемонстрировал их значимого отличия (р>0,05). Наблюдаемая ситуация обусловлена, прежде всего, определенной взаимосвязью между параметрами концентрации цАМФ и кортизола плазмы крови, о чем упоминалось выше. Корреляционная связь средней силы в рассмотренном случае не приводит к полной избыточности данных, что подтверждается значимостью регрессионных коэффициентов модели, однако реальную клиническую выгоду от использования третьего диагностического теста, несмотря на ее наличие, вряд ли можно назвать существенной. Таким об-
разом, можно говорить о существовании альтернатив при выборе диагностического теста в рамках подхода к прогнозированию вероятности хБГР у больных БА с использованием лабораторных параметров, отражающих функциональный статус Ро-адренорецепции и гор-монсинтетическую активность коры надпочечников. Полученное в результате вычислений значение Р само по себе будет соответствовать вероятности развития бронхоспазма при ИГХВ, однако регистрация величин выше или ниже приведенных граничных величин будет свидетельствовать о повышенном или сниженном риске формирования хБГР. Это существенно, если полученная вероятность находится в области «серой зоны» (значения, близкие к 0,5) и принять решение о классификации, основываясь только на субъективной интерпретации показателя, невозможно.
Взаимосвязь активности Р т - а д р с и о р с ц с п т о р и о й и глюкокортикоидной систем на сегодняшний день пред-
ставляет экспериментально доказанный факт и широко используется при формировании схем фармакотерапии БА. Показано, что использование комбинаций длительнодействующих Ро-агонистов с ингаляционными ГКС имеет больший терапевтический эффект по сравнению с монотерапией ингаляционными ГКС в высоких дозах [7]. Стероиды уменьшают потенциал для развития десенситизации и увеличивают экспрессию Ро-ад-ренорецепторов, в то время как р,-агонисты стимулируют неактивные глюкокортикоидные рецепторы, вызывая их миграцию из цитоплазмы в ядро клетки, что влечет широкий спектр биологических эффектов, включающих, прежде всего, расслабление гладкой мускулатуры бронхиального дерева и уменьшение явлений воспаления [5]. С этих позиций, полученные данные дополняют имеющиеся сведения о роли недостаточно результативной перестройки адаптивных реакций коры надпочечников в условиях десенситизации Рт-АРК при формировании хБГР у больных с неконтролируемым течением БА. Исходно более высокая реакционная способность р,-АРК и нормальная функция коры надпочечников у больных II группы вносит свой вклад в формирование механизмов срочной адаптации, адекватной уровню нарушения температурного гомеостаза. В то же время, сниженный уровень стимулированного цАМФ и кортизола в 1 группе предрасполагает таких больных к избыточному реагированию за счет нарушения базального адренергического контроля тонуса гладкой мускулатуры дыхательных путей и большей интенсивности фонового воспалительного процесса. Несмотря на то, что точные механизмы этого явления не установлены, в условиях холодового воздействия активируется синтез и выброс уже накопленных воспалительных медиаторов (биогенные амины, интерлейкины, лейкотриены и др.) клетками эпителия дыхательных путей и иммунокомпетентными клетками респираторного тракта [4, 8], в результате чего активируются процессы перекисного окисления, нарушается структура плазматических мембран и усугубляется десенситизация Р т а д р с и о р с ц с п т о р о в.
локализованных на гладкомышечных клетках. Это согласуется с наблюдаемым снижением реакции стимулированного синтеза цАМФ после холодовой гипервентиляции у больных 1 группы. Снижение концентрации кортизола в плазме крови, вероятно, являлось следствием его потребления тканями, при этом активации процессов синтеза за период наблюдения, по-видимому, не происходило.
Выводы
1. В нашем исследовании у больных БА с гиперреактивностью бронхов к холодовому стимулу была установлена роль нарушения чувствительности Ро-ад-ренорецепторов и снижения биосинтеза кортизола в формировании холодового бронхоспазма. Кроме того, выявлена определенная взаимосвязь между показателями десенситизации р,-АРК и концентрацией ГКС крови, в большей степени характерная для феномена хБГР.
2. Оба лабораторных показателя, исследованные в настоящей работе, имеют свойство различаться у больных БА с хБГР и без неё, что дает возможность использования их в качестве факторов прогноза. Для прогнозирования бронхиальной гиперреактивности холодовой природы созданы три математические модели на основе аппарата логистического регрессионного анализа. Показатели диагностических характеристик предложенных тестов дают основание говорить об их взаимозаменяемости и возможности выбора стимулированного через р2-адренорецепторы синтеза цАМФ в лимфоцитах или концентрации кортизола крови как предикторов вероятности формирования хБГР у больного БА в зависимости от возможностей лаборатории.
ЛИТЕРАТУРА
1. Перельман Ю.М., Приходько А.Г. Методика комбинированной диагностики нарушений кондиционирующей функции и холодовой гиперреактивности дыхательных путей // Бюл. физиол. и патол. дыхания. 2002. Вып. 12. С.22-28.
2. Влияние функционального состояния надпочеч-
ников и бета-адренергической рецепции на реактивность дыхательных путей при
частично-контролируемой бронхиальной астме / А.Б. Пирогов [и др.] // Сибирский консилиум. 2007. Т.62, №7. С. 128-129.
3. Приходько А.Г., Колосов А.В. Особенности холодовой реактивности дыхательных путей при болезнях органов дыхания // Пульмонология. 2008. №1. С.69-74.
4. Anderson S.D., Kippelen P. Airway injury as a mechanism for exercise-induced bronchoconstriction in elite athletes // J. Allergy Clin. Immunol. 2008. Vol.122, №2. P.225-235.
5. Barnes P.J. Scientific rationale for inhaled combination therapy with long-acting p2-agonists and corticosteroids // Eur. Respir. J. 2002. Vol.19, №1. P.182-191.
6. Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention. 2010. URL: http://www.ginasthma.org
7. Increasing doses of inhaled corticosteroids compared to adding long-acting inhaled p2-agonists in achieving asthma control / P.M.O'Byme [et al.] // Chest. 2008. Vol. 134, №6. P. 1192-1199.
8. Increased transcription of cytokine genes in human lung epithelial cells through activation of a TRPM8 variant by cold temperatures / A.S.Sabnis [et al.] // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2008. Vol.295, №1. P. 194-200.
9. p2-agonist induced cAMP is decreased in asthmatic airway smooth muscle due to increased PDE4D / T.Trian [et al.] // PLoS One. 2011. Vol.6. №5. e20000.
10. Effects of endogenous glucocorticoids on allergic inflammation and Thl/Th2 balance in airway allergic disease / S.Zhang [et al.] // Ann. Allergy Asthma Immunol. 2009. Vol. 103, №6. P.525-534.
REFERENCES
1. Perelman J.M., Prikhodko A.G. BuUeten'fiziologii i
compared to adding long-acting inhaled (^-agonists in achieving asthma control. Chest 2008; 134(6): 1192—1199.
8. Sabnis A.S., Reilly C.A., Veranth J.M., Yost G.S. Increased transcription of cytokine genes in human lung epithelial cells through activation of a TRPM8 variant by cold temperatures. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2008; 295(l):L194-200.
9. Trian Т., Burgess J.K., Niimi K., Moir L.M., Ge Q., Berger R, Liggett S.B., Black J.L., Oliver B.G. (:i2-agonist induced cAMP is decreased in asthmatic airway smooth muscle due to increased PDE4D. PLoS One 2011; 6(5):e20000.
10. Zhang S., Shen Z., Hu G., Liu R., Zhang X. Effects of endogenous glucocorticoids on allergic inflammation
and Thl/Th2 balance in airway allergic disease. Ann. Allergy’ Asthma Immunol. 2009; 103(6):525-534.
Поступила 05.11.2012
Контактная информация
Ачексей Борисович Пирогов, кандидат медицинских наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории профилактики НЗЛ, Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания Сибирского отделения РАМН,
675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22.
E-mail: [email protected] Correspondence should be addressed to Aleksey B. Pirogov,
MD, PhD, Associated professor, Senior staff scientist of Laboratoiy of Prophylaxis of Non-Specific Lung Diseases,
Far Eastern Scientific Center of Physiology> and Pathology> of Respiration SB RAMS, 22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000, Russian Federation.
E-mail: [email protected]
patologii dyhaniyd 2002; 12:22-28.
2. Pirogov A.B., Perelman J.M., Krylova U.O., Saakyan K.S. Sibirskiy konsilium 2007; 62(7): 128-129.
3. Prikhodko A.G., Kolosov A.V. Pul’monologiya 2008; 1:69-74.
4. Anderson S.D., Kippelen P. Airway injury as a mechanism for exercise-induced bronchoconstriction in elite athletes. J. Allergy’ Clin. Immunol. 2008; 122(2):225-235.
5. Barnes P.J. Scientific rationale for inhaled combination therapy with long-acting (:ii_agonists and corticosteroids. Eur. Respir. J. 2002; 19( 1): 182—191.
6. Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention. 2010. Available at: http://www.ginasthma.org
1. O'Byme P.M., Naya I.P, Kallen A., Postma D.S., Barnes P.J. Increasing doses of inhaled corticosteroids
