Роль альфа-1-антитрипсина в поддержании гомеостаза в органах дыхания на фоне воздействия промышленной пыли
Аспирант
ГУО «Белорусская медицинская академия последипломного образования» г. Минск
Аннотация. В ходе исследования проведен сравнительный анализ уровня альфа-1-антитрипсина (ААТ) в сыворотке крови у больных разными формами пылевой патологии легких в зависимости от стадии патологического процесса.
Отмечено, что уровень фермента снижен при пневмокониозе электросварщика, тогда как при хроническом пылевом бронхите и силикозе он находится в пределах нормы.
Прогрессирование обструктивных изменений в легких при пылевой патологии сопровождается повышением сывороточного уровня IL-8 и ААТ.
Эмфизематозные изменения при силикозе напрямую не связаны с выработкой ААТ.
Введение. Поддержание гомеостаза в органах дыхания осуществляется несколькими взаимосвязанными системами и характеризуется высокой стабильностью. Так, механизмы самоочищения легких от пылевых частиц удаляют 97-98% осевшей в них пыли [1].
Механизмы защиты нижних отделов респираторного тракта от пылевых частиц связаны с клетками моноцитарно-макрофагальной системы. При контакте пылевой частицы с мембраной альвеолярных макрофагов интенсивно повышается уровень потребления кислорода клеткой. Это явление получило название “дыхательного взрыва” [2]. На поглощенные частицы в фаголизосомах воздействуют высоко активные химически радикалы кислорода и молекулы других бактерицидных соединений, лизосомальные ферменты. Однако, если поглощенный объект к этим влияниям нечувствителен, то длительно и в избыточном количестве образующиеся в процессе фагоцитоза активные формы кислорода, частично инактивируют и изменяют соотношение протеаз и ингибиторов протеаз в легочной ткани, создавая относительную недостаточность ААТ, что в свою очередь приводит к развитию эмфиземы и обструктивного синдрома. [15, 16].
ААТ – является основным компонентом антипротеазной системы защиты. Он представляет собой гликопротеин, относящийся к семейству сериновых протеаз – серпинов (serpin – serin protease inhibitors) и синтезируется в печени, мононуклеарных фагоцитах, нейтрофилах, клетках кишечного эпителия и паренхимы почек [6]. Основной функцией ААТ является инактивация протеаз, главным образом нейтрофильной эластазы. Он обусловливает около 90% всей трипсинингибирующей способности плазмы и обладает умеренным сродством к плазмину и тромбину. ААТ также относится к маркерам острофазового воспаления [4].
Наибольшую концентрацию ААТ обнаруживают в сыворотке крови и около 10% его сывороточного уровня определяют на поверхности эпителиальных клеток дыхательных путей. По Kauffman и Brandly его количество в сыворотке крови у здоровых в норме составляет 1,5-3,5 г/л. H. P.Wiedemann и J. K. Stoller показали, что уровень сывороточного ААТ ≤35% от нормального уровня может приводить к развитию эмфиземы легких [13,14].
Ген ААТ (Pi) человека относится к генам II класса, контролируемым IL-6 и глюкокортикоидами. Индукторами экспрессии гена могут выступать цитокины IL-6, IL-11, LIF, онкостатин М [4].
Существует наследственно обусловленный дефицит ААТ. Наиболее частым аллелем гена Pi, обусловливающим дефицит ААТ в крови, является PIZ. Он встречается у 95% пациентов с недостаточностью ААТ с частотой 5% в Скандинавии, 4,5% в Латвии, 4% в Британии, 1-3% в Южной Европе и среди европеоидов США [11]. По данным [6] распространенность наследственного дефицита в России составляет 3,5% среди больных хронической обструктивной болезнью легких.
IL-8, вырабатываемый активированными альвеолярными макрофагами, является фактором хемотаксиса нейтрофилов в очаг воспаления. Нейтрофилы в свою очередь выбрасывают ряд ферментов, в том числе нейтрофильную эластазу, которая при недостаточной активности или снижении выработки ААТ разрушает эластический каркас легких и приводит к развитию обструктивных изменений, формированию эмфиземы.
Курение может выступать в качестве самостоятельного фактора в развитии эмфиземы легких и хронического бронхита, т. к. компоненты табачного дыма инактивируют ААТ, окисляя в нем функционально важный остаток метионина в сульфоксид (S→S=O) [15].
В настоящей статье представлены результаты сравнительного анализа уровня ААТ в сыворотке крови у больных разными формами пылевой патологии легких в зависимости от стадии патологического процесса.
Цель работы: Исследовать уровень ААТ у больных профессиональными заболеваниями органов дыхания и у условно здоровых лиц, длительное время проработавших во вредных условиях; изучить колебания сывороточного уровня фермента в зависимости от рентгенологической стадии пневмокониоза и степени обструктивных изменений при разных формах пылевой патологии легких; проанализировать возможные корреляции между содержанием ААТ, ОФВ1 и IL-8 у всех обследованных.
Материалы и методы. Объектом исследования были пациенты отделения аллергологии и профпатологии 10-й городской клинической больницы с пылевой патологией органов дыхания и условно здоровые лица, проработавшие во вредных условиях более 15 лет.
Содержание ААТ в сыворотке крови определяли иммунотурбодиметрическим методом с использованием диагностических наборов фирмы ‘Roche – Diagnostics’ на аппарате Hitachi 904.
Изучение количественного содержания IL-8 в сыворотке крови человека проводилось методом иммуноферментного анализа с использованием наборов производимых , Санкт-Петербург, Россия.
Степень обструкции дыхательных путей оценивалась по показателю объема форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1). Рентгенологическое обследование органов грудной клетки проводили в прямой проекции.
Статистический анализ проводили с использованием прикладной программы “Statistica 6” с применением параметров описательной статистики, таких как среднее значение (M), среднеквадратичное отклонение (σ) и ошибка среднего (m). Использовались однофакторный дисперсионный анализ [ANOVA] на уровне значимости p<0,05 (по F-критерию), корреляционный анализ проводился с расчетом ранговой корреляции Спирмена (rs.) Результаты представлены в виде M±m.
Результаты и обсуждение:
Всего было обследовано 75 мужчин, работающих (работавших) в литейных цехах машиностроительного производства. Стаж работы во вредных условиях превышал 15 лет и составил от 15,5 до 34 лет (18,7±9,8); средний возраст - 56,7±8,5 лет. Курили всего 37 человек (50%).
Были сформированы четыре группы пациентов. В группу 1 вошли больные хроническим профессиональным бронхитом (n=25), в группу 2 – больные силикозом (n=28) и группу 3 - пневмокониозом электросварщика (n=12). Контрольную группу составили условно здоровые лица (n=10).
Таблица 1 Уровень альфа-1-антитрипсина у больных пылевой патологией легких и условно здоровых лиц в г/л
Заболевание | N | M | σ | m | P* |
Хронический бронхит | 25 | 1,149600 | 0,270177 | 0,054035 | 0,001* |
Силикоз | 28 | 1,238214 | 0,338253 | 0,063924 | 0,0001* |
Пневмокониоз электросварщика | 12 | 0,759091 | 0,235051 | 0,070871 | |
Здоровые | 10 | 1,078000 | 0,159569 | 0,050460 | 0,065* |
Всего | 75 |
Примечание: * уровень статистической значимости р в сравнении с группой пневмокониоза электросварщика
В таблице 1 отражены уровни ААТ в сыворотке крови у пациентов всех групп в виде среднего значения (M), стандартного отклонения (σ) и ошибки средней (m). Различия между группами по уровню ААТ в сыворотке крови были статистически значимы (р=0,0001).
Как видно из таблицы 1 уровень ААТ при хроническом профессиональном бронхите и силикозе находился в пределах нормы и был сопоставим с уровнем у условно здоровых лиц. Однако в группе силикоза отмечено увеличение концентрации ААТ в сыворотке крови (р=0,008) по мере прогрессирования патологического процесса.
При инкорпорации пылевых частиц в интерстициальных структурах легочной ткани активированные макрофаги вырабатывают ряд регуляторных медиаторов, в том числе IL-8, привлекая в очаг воспаления нейтрофилы, активно высвобождающие супероксидные радикалы и протеолитические ферменты [8]. Увеличение ААТ может носить компенсаторных характер и свидетельствовать о сохраненной активности антипротеазной системы защиты даже на стадии выраженных фиброзных изменений в легочной ткани. Даже при наличии выраженных эмфизематозных и интерстициальных рентгенологических изменений при силикозе уровень ААТ был не нарушен.
У больных пневмокониозом электросварщика уровень ААТ в сыворотке крови был ниже пороговой величины (0,75±0,07г/л) при норме 0,9-2,0 г/л.
Основными клетками, вырабатывающими ААТ, являются гепатоциты [4].
В опытах на животных установлено, что биологическая активность твердой составляющей сварочного аэрозоля определяется в первую очередь наличием в их составе марганца и железа. Эти соединения способны проникать в системный кровоток и вызывать перегрузку организма железом, что проявляется повышением его содержания в цельной крови, сыворотке и уменьшением общей железосвязывающей способности сыворотки [3].
Lu L. И соавт., изучая влияние компонентов сварочного аэрозоля на метаболизм железа, также показали, что соединения марганца, входящие в его состав, приводят к повышению уровня сывороточного железа и трансферрина, при снижении числа рецепторов к трансферрину [12].
Перегрузка экзогенным железом сопровождается повышением частоты апоптоза гепатоцитов, развитием гепатита и нарушением функциональной активности печени [10].
Таким образом, при пневмокониозе элекросварщика наблюдается системное влияние компонентов сварочного аэрозоля, проявляющееся нарушением функциональной активности гепатоцитов и снижением продукции ААТ.
У лиц с наследственной недостаточностью ААТ заболевания пылевой этиологии формируется при небольшом стаже работы во вредных условиях, и характеризуются более тяжелым течением, ранним появлением осложнений, прогрессирующим увеличением степени дыхательной недостаточности, присоединением туберкулезной инфекции.
Нами были обследованы два пациента, у которых нельзя исключить наследственно обусловленное снижение сывороточного уровня ААТ. Содержание фермента у них было ≤0/5г/л.
Первому диагноз пневмокониоза I стадии (интерстициальной формы) от смешанного воздействия был установлен через 5 лет после начала работы; в последующем заболевание осложнилось присоединением туберкулезной инфекцией. Уровень ААТ у больного составил 0,32 г/л.
Особенностью течения хронического профессионального бронхита от смешанного воздействия у второго пациента, уровень ААТ у которого составил 0,5 г/л, было быстрое прогрессирование заболевания, раннее формирование значительной степени дыхательной недостаточности и выраженных эмфизематозных изменений местами буллезного характера.
В ходе исследования мы анализировали степень бронхиальной обструкции у с больных пылевой патологией легких по объему форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1). Различия по ОФВ1 для всех групп больных по сравнению с условно здоровыми лицами были статистически значимы (р=0,0001). В 1 группе среднее значение ОВФ1 составило – 53,6±3,7; группе 2 – 57,9±4,1; группе 3 – 63,1±5,4; в группе контроля 87±3,7. Отмечена обратная корреляционная зависимость (рисунок 1) между уровнем ААТ и показателем ОФВ1 (rs =-0,28 при р=0,01) среди всех обследованных.
 |
Рисунок 1 График корреляционной зависимости уровня альфа-1антитрипсина от ОФВ1 (rs =-0,28 при р=0,01)
Литературные данные о связи ААТ и степени бронхообструкции противоречивы и, как правило, отражают степень снижения функциональной активности ААТ, которая может быть обусловлена не уменьшением его секреции, а инактивацией кислородными радикалами.
Так наблюдала увеличение протеаз при одномоментном снижении антипротеаз при хроническом пылевом бронхите [7]; отмечала прямая средней силы корреляционная зависимость между активностью ААТ и показателем ОФВ1 [5].
 |
Нами анализировался также уровень IL-8, фактора хемотаксиса нейтрофилов, в сыворотке крови. Различия между группами по концентрации IL-8 , были статистически не значимы (р=0,3). По группам его уровень составил соответственно: группа 1 – 4,3±2,1; группа 2 – 8,7±1,9; группа 3 – 5,7±3,4 и контрольная группа – 2,8±3,1. Незначительная концентрация цитокина в сыворотке крови при наличии хронического воспалительного процесса говорит о целесообразности его определения в очаге воспаления, где он наиболее активен. Вместе с тем, нами выявлена обратная корреляционная зависимость (рисунок 2) между показателем ОФВ1 и IL-8 (rs =-0,32 при р=0,01).
Рисунок 2. График корреляционной зависимости концентрации в сыворотке крови IL-8 от ОФВ1 (rs =-0,32 при р=0,01).
Увеличение выработки альвеолярными макрофагами IL-8 по мере прогрессирования обструктивных изменений, вероятно, связано с необходимостью привлечения в очаг воспаления фагоцитов [9].
Между показателями IL-8 и ААТ корреляционной зависимости обнаружено не было (р=0,5), что свидетельствует о независимом друг от друга влиянии факторов на степень обструкции дыхательных путей.
Выводы:
1. При хроническом пылевом бронхите и силикозе содержание ААТ в сыворотке крови не отличалось от нормы. По мере прогрессирования силикоза происходило увеличение уровня фермента, что говорит об адекватном ответе антипротеазной системы защиты даже на поздних стадиях патологического процесса. Эмфизематозные изменения при силикозе не коррелируют с содержанием ААТ.
2. При пневмокониозе электросварщика уровень ААТ в сыворотке крови был достоверно снижен, что, вероятно, обусловлено нарушением функциональной активности гепатоцитов на фоне системного влияния компонентов сварочного аэрозоля. Это не сопровождалось существенным нарушением функции внешнего дыхания и выраженными эмфизематозными изменениями.
3. Прогрессирование обструктивных изменений в легких, как при пневмокониозах, так и при хронических пылевых бронхитах сопровождается увеличением сывороточного содержания ААТ и IL-8.
Список цитированных источников:
1. Величковский, и клеточные основы экологической пульмонологии / // Пульмонология. – 2000. – Том 10, № 3. – С. 11-14.
2. Величковский, Б. Т. О механизме воздействия фиброгенной пыли на организм / // Гигиена и санитария. – 1994. – № 2. – С.4-10.
3. Горбань актуальные вопросы медицины труда в сварочном производстве Украины / // Мед. труда и промыш. экология. – 1999. - №4. – С. 36-40
4. Назаров, острой фазы воспаления: Моногр. / ; РАМН. Ин-т эксперим. медицины, 2001. – 423 с.
5. Павленко, табакокурения на состояние протеиназ-ингибиторной системы у больных хроническим обструктивным бронхитом и эффективность медикаментозной терапии: Автореф. дис. … канд. мед. наук: 14.00.27 / ; Ин-т фтизиатрии и пульмонологии им. АМН Украины, Киев, 2004.. – 17с.
6. Пузырев, основы и клинические аспекты недостаточности альфа1-антитрипсина [Текст] / , // Пульмонология. – 2003. – №:1.-С.105-115
7. Степаненко, системы протеиназ и ингибиторов в реализации местной защиты у больных пылевым бронхитом и практически здоровых рабочих угольных шахт: Автореф. дис. … канд. мед. наук: 14.00.05 / ; Владивосток. гос. мед. ин-т, 1992. – 17с.
8. Скепьян, и клинические особенности хронического пылевого бронхита / // Современные проблемы пульмонологии: Сб. науч. тр. - Минск, 1995. - С. 50-56.
9. Скепьян, заболевания: диагностика, лучение, профилактика: Справочник / , , ; под ред. – Минск.: Беларусь, 2003.-336 с.
10. Смирнов, -морфологические особенности хронического гепатита при гемосидерозе печени / , , // Рос. мед. журнал. – 2003. – №1. – С. 20-23.
11. Crystal, R. G. The α1-Antitrypsin gene and its deficiency states / R. G. Crystal // Trends Genet. – 1989. – 5. - P. – 411-417.
12. Lu, L. Altered systemic iron metabolism in welders exposed to manganese / L. Lu [et al.] // J Occup Environ Med. – 20– P. 31-4.
13. Stoller, J. K. Clinical features and natural history of severe α1-Antitrypsin deficiency / J. K. Stoller // Chest. – 1997. – 111. – P. – 123S-128S.
14. Stoller, J. K. Physical and social impact of α1-Antitrypsin deficiency: results of a mail survey of the readership of national newsletter / J. K. Stoller [et al.] // Cleaveland Clin. J. Med. – 1994. – 61. – P. – 461-467.
15. Zay, K. Quartz inactivates antiproteinase: possible role in mineral dust-induced emphysema / K. Zay, D. Devine, A. Churg. // J. Appl. Physiol. – 1995. – 78. - P. 53-58.
16. Zay, K. The role of neutrophils and -1-antitrypsin in coal and silica-induced connective tissue breakdown / K. Zay [et al.] // Am. J. Physiol – P. L269-L279.
