На правах рукописи ПОЛИВАНОВА АННА ЭДУАРДОВНА

На правах рукописи
ПОЛИВАНОВА АННА ЭДУАРДОВНА
СИСТЕМНЫЕ БИОМАРКЕРЫ СЫВОРОТКИ КРОВИ У БОЛЬНЫХ
ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНЬЮ ЛЕГКИХ
14.00.43 – Пульмонология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Москва-2008
Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении
«Научно-исследовательский институт пульмонологии»
Федерального медико-биологического агентства России
Научный руководитель:
доктор медицинских наук Аверьянов Александр Вячеславович
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук, профессор Дидковский Николай Антонович
доктор медицинских наук Анаев Эльдар Хусеевич
Ведущая организация:
ФГУ ВПО Московский государственный медицинский университет Росздрава
Защита состоится «
» …………………….2008 года в ………часов на заседании
Диссертационного Совета Д 208.053.01 при ФГУ «НИИ пульмонологии» ФМБА России
( 105077, г. Москва, ул. 11-я Парковая, д.32)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ «НИИ пульмонологии» ФМБА
России( 105077, г. Москва, ул. 11-я Парковая, д.32)
Автореферат разослан « » ……..2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор медицинских наук
Васильева О.С.
2
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Современная концепция хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) трактует
ее как заболевание с системными проявлениями, при котором даже поражение легких
рассматривается как один из компонентов болезни (GOLD, 2006, 2007).
Концепция системной воспалительной реакции, или системного воспаления, у
больных ХОБЛ относительно нова.
Основная локализация воспаления при ХОБЛ — малые дыхательные пути, но
активное воспаление присутствует также и в крупных бронхах, и в легочной паренхиме, и
в легочных сосудах (GOLD, 2005). При ХОБЛ частой находкой является повышение
уровня биологических маркеров воспаления в периферической крови (СРБ, фибриноген,
лейкоциты, провоспалительные цитокины - ИЛ 1β, ИЛ 6, ИЛ 8, ФНО-α). (Agustí A., 1997;
Hoidal J.R., 2001;Henson P.M., 2006)
Предполагается, что взаимосвязь между местным (т.е. бронхолегочным) и системным
воспалением осуществляют: 1) выход стрессиндуцированных цитокинов и свободных
радикалов из бронхолегочной системы в системную циркуляцию; 2) активация
лейкоцитов периферической крови или клеток-предшественников в костном мозге; 3)
стимуляция
костного
мозга
и
печени
провоспалительными
медиаторами,
высвобождаемыми воспалительными и структурными клетками (Barnes P.J., 2000).
Однако точные механизмы системного воспаления при ХОБЛ изучены недостаточно.
В настоящее время имеется ряд исследований, посвященных изучению системных
биомаркеров ХОБЛ непосредственно в ткани легкого, мокроте, бронхо-альвеолярной
жидкости,
однако
работ
об
изучении
биомаркеров
протеолиза-антипротеолиза,
регенерации, воспаления в сыворотке больных при гетерогенных фенотипах ХОБЛ
недостаточно для понимания их роли в патогенезе данного заболевания (Finlay G.A. et al,
1997; Betsuyaku T. Et al, 1999; Tanino M. Et al, 2002).
Таким образом, остается еще ряд нерешенных вопросов о роли протеазантипротеаз и воспаления в патофизиологии эмфиземы, о взаимосвязи между
воспалением,
протеазной
активностью
и
ремоделированием
экстрацеллюлярного
матрикса у больных ХОБЛ, о взаимосвязи протеаз, ангиогенных и фиброгенных факторов
в системном воспалении, решение которых, поможет как в понимании патогенеза ХОБЛ,
так и в дальнейшей тактике ведения этих больных.
На основании вышеизложенного, изучение особенностей системных биомаркеров,
как патогенетических факторов развития эмфиземы, у больных ХОБЛ является
актуальной проблемой и обусловливает цель и задачи настоящего исследования.
3
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Изучить взаимосвязь биомаркеров системного воспаления и регенерации в
сыворотке крови с клинико – функциональными параметрами у больных с гетерогенными
фенотипами хронической обструктивной болезни легких.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1. Изучить особенности концентрации биомаркеров системного воспаления и
регенерации в сыворотке крови у больных ХОБЛ стабильного течения.
2. Установить
взаимосвязи
системных
биомаркеров
ХОБЛ
с
клинико-
функциональными характеристиками больных.
3. Изучить клинические, функциональные особенности больных с гетерогенными
фенотипами ХОБЛ и дать характеристику системных биомаркеров воспаления и
регенерации.
4. Уточнить роль системных биомаркеров воспаления и регенерации в развитии
отдельных форм эмфиземы легких.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
В представленной работе впервые:
1. Установлено, что у больных ХОБЛ в начальных стадиях значительно повышен
уровень ТФР-β в сыворотке крови, что свидетельствует о регенеративной активности
легких.
2. Выявлены
значимые
корреляционные
взаимосвязи
уровня
систолического
давления в легочной артерии с ТФР-β, ИЛ-8, ФНО-α, ММП-9 у больных ХОБЛ в фазе
стабильного
течения,
что
свидетельствует
о
роли
данных
биомаркеров
в
формировании легочной гипертензии.
3. Обнаружена достоверная корреляционная взаимосвязь ЭФР и ТИМП-1 в группе
больных ХОБЛ в фазе стабильного течения, что свидетельствует о зависимости
процессов ангиогенеза и антипротеолиза.
4. Установлено, что эмфизематозный и бронхитический фенотипы ХОБЛ достоверно
отличаются по концентрациям ММП-9, ММП-9/ТИМП-1 и НЭ в сыворотке крови.
5. Обнаружено, что в группе больных ХОБЛ с тяжелой степенью выраженности
эмфиземы число взаимосвязей НЭ с другими биомаркерами системного воспаления в 4
раза превышает таковое в группе больных с нетяжелой эмфиземой, что подтверждает
участие данного биомаркера в развитии эмфиземы.
4
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ.
1. Выявленные взаимосвязи между клинико-функциональными параметрами и
системными биомаркерами у больных ХОБЛ позволяют уточнить отдельные
звенья патогенеза данной болезни.
Исследование
2.
системных
биомаркеров
ХОБЛ
позволяет
дополнить
характеристики фенотипа ХОБЛ, прогнозировать течение заболевания, провести
раннюю диагностику молекулярного дисбаланса, который может привести к
прогрессированию болезни.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.
Основные положения работы доложены и обсуждены на:
-15-м, 16-м, 17-м Национальных Конгрессах по болезням органов дыхания, (Москва,
2005; Санкт-Перербург, 2006; Казань, 2007 гг.);
-Ежегодных Конгрессах Европейского Респираторного Общества (Мюнхен, 2006;
Стокгольм, 2007);
-Научной сессии ФГУ НИИ Пульмонологии Росздрава 2007г. (Москва);
-Совместном
заседании
ФГУ
НИИ
Пульмонологии
Росздрава
и
кафедры
госпитальной терапии педиатрического факультета ГОУ ВПО РГМУ Росздрава (Москва,
2007 г).
ПУБЛИКАЦИИ.
По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из которых 4 журнальные
статьи (в ведущих рецензируемых журналах согласно перечню ВАК Минобразования и
науки РФ), 8 тезисов национальных и европейских конгрессов, из них 3 – в зарубежной
печати (European Respiratory Journal).
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ.
Диссертация изложена на 118 страницах машинописи. Состоит из введения, глав
обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты собственных
исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций. Иллюстрирована 4
рисунками и 23 таблицами. Библиографический указатель содержит отечественных и
зарубежных источников. Диссертация изложена на русском языке.
5
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Общее количество, участвовавших в исследовании, составило 41 человек.
Критерии включения:
Обязательными клиническими и функциональными критериями для включения больных в
исследование были:
1. Подтвержденный диагноз ХОБЛ (ОФВ1/ФЖЕЛ <70%)
2. Возраст 40 - 75 лет.
3. Фаза
стабильного
течения
(не
менее
4-х
недель
после
завершения
предшествующего обострения)
4. ИКЧ >10 пачка/лет
5. Способность
больного
выполнять
необходимые
процедуры,
связанные
с
исследованием
Критерии исключения:
1. Сопутствующие болезни органов дыхания (рак, туберкулез, бронхиальная астма,
пневмония, пороки развития легких и др.)
2. Острые или обострение хронических воспалительных заболеваний других органов
и систем
3. Прием системных глюкокортикостероидов
4. Злокачественные новообразования любой локализации
5. Противопоказания к лучевой нагрузке
В первую группу было включено 32 больных ХОБЛ (подтвержденным данными
анамнеза, клинической картиной, рентгенологическими, функциональными методами
диагностики) легкой и средней степени тяжести заболевания в стадии стабильного
течения. Вторую группу (контрольную) составили 9 человек– курильщики (стаж курения
не более 10 лет), не страдающие ХОБЛ.
Все больные находились на амбулаторном лечении.
Характеристика больных ХОБЛ и контрольной группы, включенных в исследование,
представлена в табл. 1.
Таблица 1
Характеристика больных ХОБЛ и контрольной группы, включенных в исследование.
6
Признаки
Mean±SD
ХОБЛ
Курильщики
(n=32)
(n=9)
60,9±8,3
56,7±7,6
28/4
9/0
ИКЧ (пачка/лет)
39,9±18,8
7,2±1,6
ИМТ, кг/м²
23,1±4,2
26±1,5
Одышка, по Borg (баллы)
4,04±1,3
0
Кашель (баллы)
3,6±0,8
1,7±0,3
ЧСС, мин¹
87,1±13,6
84±8,7
SatO2,%
95,1±2,4
97±1,9
FEV1,% должн.
57,7±22,8
88,2±7,5
FVC,% должн.
88,8±20,7
96,3±3,8
FEV1/ FVC
50,7±14,8
89,8±6,8
VC,% должн.
90,2±18,7
98,2±4,2
IC,% должн.
85,1±21,9
94,3±3,1
СДЛА, мм рт. ст.
29,9±8,2
19,1±1,9
рН
7,47±0,02
7,41±0,4
PaО2, мм рт.ст.
75,1±13,6
88,3±7,1
PaСО2, мм рт.ст.
36,9±4,9
38,1±0,2
Возраст, лет
Пол (м/ж)
Больные
ХОБЛ,
отобранные
по
критериям
включения-исключения,
были
подразделены на 2 основные группы: больные с эмфизематозным фенотипом (25
пациентов) и больные с бронхитическим фенотипом (7 пациентов). Критерием деления
явились данные компьютерной томографии высокого разрешения (наличие или
отсутствие хотя бы одного участка деструкции легочной паренхимы) (Boschetto P.,2006).
Группа больных с эмфизематозным фенотипом, в свою очередь была разделена на
пациентов с тяжелой степенью выраженности эмфиземой (8 человек) и нетяжелой (17
человек). Больные ХОБЛ с индексом эмфиземы больше 3 оценивались как больные с
тяжелой степенью выраженности эмфиземы и, соответственно, с индексом эмфиземы
меньше 3 как больные с нетяжелой степенью выраженности эмфиземы (Cederlund K. et al,
2002). ДИЭ - индекс эмфиземы, который представляет собой отношение между
допустимым (индивидуальные возрастные нормы) уровнем плотности легочной ткани в
7
диапазоне -950-1000 единиц Хаунсфилда и выявленным. Группа больных с буллезной
эмфиземой составила 12 человек, больные без булл - 13 человек.
Во всех группах производилась оценка клинико-функциональных показателей,
маркеров системного воспаления, оценка взаимосвязи иммунологических маркеров
воспаления, сосудистых и тканевых факторов роста с клинико-функциональными и
рентгено - морфологическими показателями.
У всех больных оценивались приведенные ниже клинические и функциональные
показатели:

диспное по шкале Borg (Borg, 1982)

показатели газового состава артериальной крови

показатели функции внешнего дыхания

тест с 6-минутной ходьбой

показатели компьютерной томографии

сывороточные уровни маркеров воспаления, протеаз-антипротеаз, факторов
роста
Субъективный уровень диспное оценивался пациентом самостоятельно по
интегральной шкале Borg . Данная шкала включает в себя словесные описания ощущений
диспное, которые расположены на неравных расстояниях друг от друга и соответьствуют
определенному числу баллов.
Для оценки питательного статуса пациентов использовался индекс массы тела
(ИМТ), ИМТ рассчитывался по формуле ИМТ=масса тела (кг)/рост2(м).
При оценке функции внешнего дыхания использовались показатели FEV1, FVC,
FEV1/FVC, VC, IC, VT, RV, TLC, RV/TLC, ERV. Исследование спирометрии проводилось
путем анализа кривой «поток-объем» на компьютерном анализаторе Flowscreen фирмы
Erich Jaeger, Германия.
Определение диффузионной способности легких проводилось на аппарате
MasterScreen Body фирмы Jaeger, Германия. Исследовались следующие показатели: DLCO
- диффузионная способность легких, DLCOva - отношение диффузионной способности
легких к альвеолярному объему.
Определение
силы
дыхательной
мускулатуры
неинвазивным
методом.
Исследование проводилось на аппарате MasterScreen Body фирмы Jaeger, Германия.
Исследовались следующие показатели: Ро1 - оценка инспираторной активности
8
дыхательного центра, PImax – максимальная пиковая скорость вдоха, PEmax максимальная пиковая скорость выдоха.
6-минутный тест с ходьбой проводился в соответствии со стандартным протоколом
при помощи пульсоксиметра фирмы Mediaid-305 (США). Пациент должен был пройти по
измеренному коридору в своем собственном темпе, стараясь пройти максимальное
расстояние в течение 6 минут (Enright, 1998). До и после проведения теста определялись
сатурация кислорода крови, частота сердечных сокращений и частота дыхания.
Неинвазивная
оценка
гемодинамики
проводилась
методом
ЭХО-КГ
с
допплерографией на ультразвуковом анализаторе Vivid-7 (“General Electric, США).
Оценивалось систолическое давление (СДЛА) в a. рulmonale в мм.рт.ст.
Спиральная компьютерная томография с использованием полуавтоматической
программы измерения плотности легочной ткани Pulmo CT (Siemens®) проводилась на
компьютерном томографе Somatom Emotion фирмы Siemens , Германия. Определялись:
доля эмфиземы от общего объема легких, средняя плотность легочной ткани,
распределение плотности по объему легких, выявление бронхоэктазов, булл, других
изменений легочной ткани по стандартной методике сканирования (проводится на высоте
вдоха с задержкой дыхания, 2-х миллиметровыми срезами с шагом в 10 мм в
краниокаудальном направлении без контрастирования ).
Газовый
состав
артериальной
крови
проводился
экспресс-методом
на
автоматическом анализаторе RapidLab-348 фирмы Bayer, Германия). Забор крови для
анализа осуществлялся путем пункции лучевой артерии гепаринизированным шприцем.
Определялись следующие показатели: pH, pO2, pCO2,HCO3.
Определение уровня альфа-1-антитрипсина и альфа-2 макроглобулина в сыворотке
крови методом нефелометрии. Исследование проводилось при помощи нефелометра BN
ProSpec фирмы DADE BEHRING, США-Германия.
Для
определения
активности
нейтрофильной
эластазы
(НЭ),
матриксной
металлопротеиназы-9 (ММП-9, тканевого ингибитора металлопротеиназы-1 (ТИМП-1),
интерлейкина-8 (ИЛ-8), фактора некроза опухоли-альфа (ФНО-α), трансформирующего
фактора роста-бета (ТФР-β), эндотелиального фактора роста (ЭФР) использовались
наборы фирмы BIOSOURCE (США), Bender MS (Швейцария). Исследование проводилось
методом иммуноферментного анализа в соответствии с рекомендациями производителя.
Постановка реакций выполнялась методом парных сывороток.
Статистическая обработка результатов исследования проводилась с определением
средних значений полученных показателей (М) и стандартных отклонений (±σ). Все
численные данные представлены как Mean+SD. Достоверность различий количественных
9
показателей между группами в случае непараметрического распределения определяли при
помощи критерия Mann-Whitney U-test. Корреляционную зависимость рассчитывали по
методу Спирмена. Доверительный интервал >95% принимался как статистически
значимый. Различия считались статистически достоверными при р < 0,05.
При
анализе
сывороточных
концентраций
биомаркеров
установлено
их
непараметрическое распределение, данные представлены как медиана, 25-75 процентиль.
Вся
статистическая
обработка
результатов
проведена
при
помощи
пакета
прикладных программ Statistica for Windows, Release 6.0 StatSoft, Inc.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1 Системные биомаркеры в сыворотке крови у больных ХОБЛ и в контрольной
группе.
1.1 Уровень системных биомаркеров в сыворотке крови в группе больных ХОБЛ и в
контрольной группе.
Средние значения исходных показателей цитокинов (ИЛ-8, ФНО-α), факторов
роста
(ЭФР,
ТФР-β)
и
протеаз-антипротеаз
(ММП-9,
ТИМП-1,
ААТ,
НЭ,
α2макроглобулин) в сыворотке крови в обеих указанных группах представлены в табл. 2.
Таблица 2
Концентрация системных биомаркеров в сыворотке крови в группе больных ХОБЛ и в
контрольной группе.
Показатель
Median (25-75 percentile)
Больные ХОБЛ
Здоровые курильщики
12,9 (11,1-16,4)***
7,5 (6,2-9,8)
6,8 (5,4-8,6)
6,5 (6,1-7,3)
ЭФР, пг/мл
122,2 (70,7-201,4)
103,2 (87,3-119,8)
ММП-9, нг/мл
329,4 (224,0-728,3)
264,1 (208,9-289,4)
ТИМП-1, нг/мл
557,4 (468,5-640,9)
573,8 (501,5-611,7)
ААТ, г/л
1,54 (1,33-1,8)
1,39 (1,38-1,44)
ТФР-β, нг/мл
1,42 (0,74-1,6)
1,15 (1,11-1,32)
184,8 (117,1-465,5)*
115,9 (88,5-118,5)
0,56 (0,41-1,56)
0,75 (0,62-0,83)
120,5 (61,9-316,6)
79,5 (64,1-86,6)
1,36 (1,18-1,54)
1,51 (1,43-1,6)
ИЛ-8, пг/мл
ФНО- α, пг/мл
НЭ, нг/мл
ММП-9/ ТИМП-1
НЭ/ААТ
α2макроглобулин, г/л
*- р<0,05 **- р<0,01 ***- р<0,001 по сравнению со здоровыми курильщиками
10
Обе группы достоверно отличались друг от друга по значениям ИЛ-8 (р<0,001) и
НЭ (р<0,05). Также имелась тенденция превышения уровней ЭФР, ТФР-β, ММП-9 в
сыворотке крови больных ХОБЛ, однако, она не достигла статистически значимых
величин.
1.2 Взаимосвязь уровней системных биомаркеров в сыворотке крови и клинико функциональных показателей у больных ХОБЛ.
При изучении взаимосвязей ИЛ-8 с функциональными показателями выявлены
достоверные отрицательные корреляционные связи между ИЛ-8 и FEV1% (r=-0,41),
FVC% (r=-0,53), СДЛА (r=-0,66) и положительные слабой силы корреляционные
взаимосвязи между ИЛ-8 и RV% (r=0,4), RV/TLC% (r=0,41), что свидетельствует о роли
воспалительных хемокинов в развитии обструктивных нарушений.
Выявленные нами отрицательные корреляционные взаимосвязи уровня СДЛА с
концентрацией ИЛ-8 (r=-0,66) и ФНО-α (r=-0,58) совпадают с данными Puxeddu I., Dirkje
S. P о том, что как ИЛ-8, так и ФНО-α стимулируют экспрессию ЭФР, усиливающего
сосудистый рост и снижающего величину давления в легочной артерии (Puxeddu I. et al,
2005; Dirkje S. P. et al, 2006) (рис.1).
r=-0,58
ТФР-β
r=-0,58
ММП9
СДЛА
ИЛ-8
r=-0,66
ФНО
-α
r=0,61
Рис. 1 Корреляционные взаимосвязи СДЛА и системных биомаркеров в сыворотке
крови у больных ХОБЛ.
Сильная прямая корреляционная взаимосвязь установлена между сывороточным
уровнем ТФР-β и величиной СДЛА (r=0,61) в группе больных ХОБЛ. Несмотря на то, что
существуют исследования, доказывающие протективные свойства ТФР-β при ХОБЛ за
счет усиления синтеза эластина, стимуляции ЭФР и васкуляризацию легких (Jeon S.H. et
al, 2007) известно, что при первичной легочной гипертензии имеется повреждение
11
сигнальной системы ТФР-β, создавая невозможность осуществления его протективных
эффектов (Richter A. et al, 2004).
Еще одна достоверная обратная корреляционная связь в группе больных ХОБЛ
установлена между СДЛА и уровнем ММП-9 (r=-0,58). Поскольку металлопротеиназы
ответственны за неоангиогенез, подавление их активности приводит к нарушению
сосудистого роста. Вероятно, активная васкуляризация легких под влиянием ММП-9
может объяснять обратную зависимость с величиной СДЛА (Stamenkovic I., 2003; Joyce
E., 2005).
1.3 Корреляционные взаимосвязи уровней системных биомаркеров
в сыворотке
крови в группе больных ХОБЛ и в контрольной группе.
Для определения механизмов влияния друг на друга были изучены взаимосвязи
цитокинов, факторов роста и протеаз – антипротеаз между собой.
В группе больных ХОБЛ были выявлены слабой силы корреляционные
взаимосвязи между ФНО-α и ММП-9, ТИМП-1 и ИЛ-8, что подтверждает данные о
взаимном влиянии этих показателей друг на друга и их деструктивную роль при ХОБЛ,
что подтверждается данными Nacamura H (Nacamura H. et al,1991).
Обнаружена умеренной силы положительная корреляционная связь между ЭФР и
ТИМП-1 в группе больных ХОБЛ; в контрольной группе достоверных взаимосвязей не
получено.
Также в группе больных ХОБЛ нами были получены сильные корреляционные
связи между ММП-9 и НЭ, НЭ/AAT, умеренной силы между ММП-9 и ИЛ-8 , слабой
силы между ММП-9 и ФНО-α, что подтверждает роль ММП-9 в деструктивных процессах
и поддержании воспаления при ХОБЛ и стимулирующем влиянии НЭ на экспрессию
ММП-9 (Campbell E.J. et al, 1991). В контрольной группе выявлена одна сильная
взаимосвязь между ММП-9 и α2макроглобулином, что свидетельствует о балансе
повреждающих и защитных механизмов у этих больных.
Нами выявлены значимые положительные корреляционные связи в группе больных
ХОБЛ между ТИМП-1 и ЭФР, ФНО-α. В контрольной группе достоверных связей не было
получено.
Положительные корреляционные связи обнаружены в группе больных ХОБЛ:
умеренной силы между ТФР-β и НЭ, НЭ/AAT, и слабой силы корреляционная связь
между ТФР-β и ММП-9/ТИМП-1, а в контрольной группе статистически значимые
корреляционные связи отсутствуют. Эти данные свидетельствует о роли ТФР-β в развитии
фибропластических процессов при ХОБЛ.
2. Различие системных биомаркеров в сыворотке крови у больных ХОБЛ 1-4 стадий.
12
При исследовании различий показателей цитокинов, факторов роста, протеазно антипротеазного статуса у больных ХОБЛ 1-4 стадий в сыворотке крови выявлена
статистически значимая разница по концентрациям TФР-β и ИЛ-8 (рис. 2, 3).
1,5
1,11
p<0,05
1
0,8
ТФР-бета,
нг/мл
0,5
0
ХОБЛ
начальная
стадия
ХОБЛ
терминальная
стадия
Рис. 2 Концентрация ТФР-β в сыворотке крови у больных ХОБЛ.
20
15,6
p<0,01
15
12,1
ИЛ-8, пг/мл 10
5
0
ХОБЛ
начальная
стадия
ХОБЛ
терминальная
стадия
Рис. 3 Концентрация ИЛ-8 в сыворотке крови у больных ХОБЛ.
Высокая продукция ТФР-β имеет место в начальных стадиях ХОБЛ (1 и 2 стадии),
что возможно объясняется протективной функцией данного биомаркера в отношении
паренхимы легких. В терминальной стадии ХОБЛ мы наблюдали резкое снижение
продукции ТФР-β, что, по-видимому резко нарушает регенераторную функцию легких и
ведет к резкому прогрессированию болезни.
3. Системные биомаркеры в сыворотке крови у больных с гетерогенными
фенотипами ХОБЛ.
3.1
Уровень
системных
биомаркеров
в
сыворотки
эмфизематозным и бронхитическим фенотипами ХОБЛ.
13
крови
у
больных
с
Достоверные
отличия
между
группами
больных
с
эмфизематозным
и
бронхитическим фенотипами выявились в таких показателях, как ИМТ (p<0,01),
расстоянии, пройденном при проведении теста c 6-минутной ходьбы (p<0,05), DLCO SB
(p<0,05) , DLCO/VA (p<0,01), НЭ (p<0,05), НЭ/ААТ (p<0,05), ММП-9 (p<0,05), ММП9/ТИМП-1 (p<0,01) (табл. 3).
Больные с эмфизематозным фенотипом достоверно имели более низкий ИМТ,
были менее физически выносливы в тесте с 6-ти минутной ходьбой и имели более низкие
показатели
диффузионной
способности
по
сравнению
с
больными
ХОБЛ
с
бронхитическим фенотипом.
Таблица 3
Функциональные и клинические отличия фенотипов ХОБЛ.
Показатель
Mean±SD
Эмфизематозный фенотип
Бронхитический фенотип
(n=25)
(n=7)
FEV1%
55,2±22,7
68,5±21,9
FVC%
89,1±20,5
87,3±15,3
FEV1/ FVC
47,8±14,1
63,0±11,7
IC%
83,1±21,6
93,7±22,8
RV%
187,7±44,5
185,2±41,6
TLC%
123,2±14
123,7±14,8
RV/TLC
144,4±24,6
146,8±30,7
PI max, %
74,5±19,7
59,8±35,8
DLCO SB
59,1±16,3*
73,7±11,2
DLCO/VA
65,8±18,8**
85,7±14,8
раО2, мм рт.ст.
75,5±12,1
73,9±19
рСО2, мм рт.ст.
36,2±4,6
39,1±5,3
СДЛА, мм рт.ст.
18,8±2,2
15,5±6,1
Возраст, лет
60,9±8,1
60,5±8,2
Кашель, баллы
1,23±0,5
1,33±0,5
Одышка, баллы
4,7±2,4
3,2±2,1
ИКЧ, п/лет
26,9±3,6
16,7±5,1
6 MWT, м
410,8±138,1*
554,1±102,9
ИМТ, кг/м2
22,1±3,9**
27±3,5
14
*- р<0,05 ** p<0,01 ***- p<0,001 по сравнению с бронхитическим фенотипом
ХОБЛ
Средние значения ИЛ-8, ФНО-α, ЭФР, ММП-9, ТИМП-1, ММП-9/ ТИМП-1, TФРβ, НЭ, ААТ, НЭ/ААТ и α2макроглобулином, полученные у больных ХОБЛ с
эмфизематозным и бронхитическим фенотипами представлены в табл. 4.
Таблица 4
Уровни биомаркеров системного воспаления в сыворотке крови у больных с
гетерогенными фенотипами ХОБЛ.
Показатель
Median (25-75 percentile)
Эмфизематозный фенотип
(n=25)
13,0 (11,0-16,2)
Бронхитический фенотип
(n=7)
11,9 (11,3-18,1)
7,3 (5,7-8,7)
5,7 (4,6-6,3)
123,7 (66,5-299,3)
94,2 (78,3-162,6)
ММП-9, нг/мл
377,0 (295,8-937,1)*
223,5 (128,1-380,6)
ТИМП-1, нг/мл
555,8 (482,1-642,1)
557,4 (455,0-604,4)
0,63 (0,5-1,6)**
0,38 (0,2-0,6)
1,0 (0,7-1,7)
0,92 (0,92-1,1)
НЭ, нг/мл
195,1 (125,7-494,8)*
110,6 (60,2-309,4)
ААТ, г/л
1,54 (1,3-1,8)
1,55 (1,27-1,59)
НЭ/ААТ
123,8 (66,7-369,2)*
59,0 (45,9-194,6)
1,3 (1,2-1,5)
1,4 (1,1-1,5)
ИЛ-8, пг/мл
ФНО-α, пг/мл
ЭФР, пг/мл
ММП-9/ТИМП-1
TФР-β, нг/мл
α2макроглобулин, г/л
*- р<0,05 **- р<0,01 по сравнению с больными бронхитическим фенотипом ХОБЛ
Как видно из представленной таблицы, больные с эмфизематозным фенотипом
имели достоверно более высокие концентрации сывороточных значений ММП-9, ММП9/ТИМП-1, НЭ и НЭ/ААТ, что подтверждает их роль в развитии эмфиземы.
3.2 Корреляционные взаимосвязи системных биомаркеров в сыворотке крови при
гетерогенных фенотипах ХОБЛ.
В группе больных ХОБЛ с эмфизематозным фенотипом обнаружены умеренной
силы корреляционные взаимосвязи между НЭ и ИЛ-8, ММП-9, ММП-9/ТИМП-1, TФР-β.
А
в
группе
больных
ХОБЛ
бронхитического
фенотипа
получены
сильные
корреляционные связи между НЭ и ММП-9, ММП-9/ТИМП-1, ТФР-β. Наличие
корреляционной связи между НЭ и ИЛ-8 в группе больных с эмфизематозным фенотипом
15
и
отсутствие
данной
связи
в
группе
больных
с
бронхитическим
фенотипом
свидетельствует о том, что развитие эластолизиса тесно связано с хроническим
воспалением.
Также в группе ХОБЛ с эмфизематозным фенотипом выявлена умеренной силы
корреляционная связь между ААТ и ЭФР. У больных с бронхитическим фенотипом
выявлена сильная корреляционная связь между ААТ и α2макроглобулином, что
подтверждает их протективную роль в развитии эмфиземы.
В группе больных ХОБЛ с эмфизематозным фенотипом получена статистически
достоверная корреляционная связь между ТИМП-1 и ФНО-α.
Умеренной силы корреляционные связи получены в группе больных ХОБЛ с
эмфизематозным фенотипом между ТФР-β и НЭ, НЭ/ААТ, а в группе ХОБЛ
бронхитического фенотипа между ТФР-β и НЭ.
Выявлена умеренной силы корреляционная связь между ЭФР и ААТ, ТИМП-1 в
группе больных ХОБЛ с эмфизематозным фенотипом. В группе больных ХОБЛ
бронхитического фенотипа достоверных корреляционных связей не получено.
4. Системные биомаркеры в сыворотке крови у больных ХОБЛ с эмфиземой разной
степени тяжести.
4.1 Уровень системных биомаркеров ХОБЛ в сыворотке крови в группах больных с
эмфиземой разной тяжести.
Средние значения исходных показателей цитокинов, факторов роста и протеазантипротеаз в сыворотке крови в группах больных ХОБЛ с тяжелой эмфиземой и
нетяжелой эмфиземой представлены в табл. 5:
Таблица 5
Концентрация системных биомаркеров в сыворотке крови в группах больных ХОБЛ с
разной степенью выраженности эмфиземы.
Показатель
Median (25;75 percentile)
Тяжелая степень
выраженности эмфиземы
(n=11)
13,0 (11,8-17,1)
Нетяжелая степень
выраженности эмфиземы
(n=14)
13,9 (11,0-16,7)
8,3 (6-11,9)
7,3 (5,7-8,5)
124,1 (89,3-434,4)
130,0 (61,6-208,5)
ММП-9, нг/мл
586,1 (295,8-1011,2)*
315,2 (295,8-937,1)
ТИМП-1, нг/мл
585,8 (482,1-646,0)
604,4 (483,0-639,7)
1,7 (1,4-2,0)
1,5 (1,3-1,7)
ИЛ-8, пг/мл
ФНО- α, пг/мл
ЭФР, пг/мл
ААТ, г/л
16
ТФР-β, нг/мл
НЭ, нг/мл
ММП-9/ ТИМП-1
НЭ/ААТ
α2макроглобулин, г/л
0,92 (0,7-10,5)
0,9 (0,9-1,48)
156,9 (116,0-727,3)
204,0 (162,0-494,8)
1,1 (0,5-1,6)*
0,5 (0,5-1,7)
113,7 (60,4-317,6)
137,8 (103,8-429,9)
1,5 (1,3-1,9)
1,3 (1,2-1,5)
*- р<0,05 ** p<0,01 ***- p<0,001 по сравнению с нетяжелой эмфиземой
Как видно из табл. 5 концентрации ММП-9 и ММП-9/ТИМП-1 в сыворотке крови
достоверно выше у больных ХОБЛ с тяжелой степенью выраженности эмфиземы.
4.2 Корреляционные взаимосвязи системных биомаркеров ХОБЛ в сыворотке крови
и клинико - функциональных показателей в группах больных с эмфиземой разной
степени выраженности.
В группе больных ХОБЛ с тяжелой степенью выраженности эмфиземы выявлены
сильные прямые корреляционные взаимосвязи между ИЛ-8 и FEV1%, FVC%, pCO2, IC.
Между ФНО-α и pCO2, ИКЧ в группе больных ХОБЛ с тяжелой степенью
выраженности эмфиземы нами получены сильные корреляционные взаимосвязи, в
отличие от больных ХОБЛ с нетяжелой, где выявлена одна умеренной силы
корреляционная взаимосвязь между ФНО-α и TLC%.
У больных ХОБЛ с нетяжелой степенью выраженности эмфиземы получена
сильная отрицательная корреляционная взаимосвязь между ЭФР и модифицированным
индексом Тиффно, в отличие от группы больных ХОБЛ с тяжелой степенью
выраженности эмфиземы, в которых корреляционных взаимосвязей ЭФР не выявлено.
В исследуемых группах обнаружены обратные корреляционные взаимосвязи ТФРβ и DLCO/VA, ИМТ - у больных ХОБЛ с нетяжелой степенью выраженности эмфиземы, и
прямая взаимосвязь с DLCO SB - у больных ХОБЛ с тяжелой степенью выраженности
эмфиземы.
Между расстоянием, пройденным при проведении теста с 6-ти минутной ходьбой и
ММП-9, получена сильная отрицательная корреляционная взаимосвязь в группе больных
ХОБЛ с тяжелой степенью выраженности эмфиземы.
Обе группы достоверно отличались по степени выраженности одышки (р<0,001),
FEV1% (р<0,01), FEV1/ FVC (р<0,05), RV% (р<0,01), расстоянием, пройденным при
проведении теста с 6-и минутной ходьбой (р<0,05).
4.3 Взаимосвязь сывороточных уровней биомаркеров ХОБЛ в группах больных с
эмфиземой разной тяжести.
17
В группе больных с тяжелой степенью выраженности эмфиземы, в отличие от
больных ХОБЛ с нетяжелой степенью выраженности эмфиземы число взаимосвязей НЭ и
маркеров воспаления, факторов роста, протеаз-антипротеаз в 4 раза выше, чем в группе
сравнения. Полученные сильные прямые корреляционные связи между НЭ и ММП-9,
ММП-9/ТИМП-1, ТФР-β, ЭФР в группе больных ХОБЛ с тяжелой степенью
выраженности эмфиземы подтверждают роль протеиназ и факторов роста в развитии
эмфиземы.
Мы обнаружили сильные корреляционные взаимосвязи в группе больных с
тяжелой эмфиземой между ЭФР, показателем эндогенной регуляции ангиогенеза, и НЭ,
ТФР-β, что свидетельствует о том, что нарушение ангиогенеза является одной из
составляющих в развитии эмфиземы. В группе больных ХОБЛ с нетяжелой эмфиземой
выявлена только одна корреляционная взаимосвязь между ЭФР и ААТ, играющих
содружественную роль в сдерживании эмфизематозного процесса (рис. 4,5).
ТФРβ
r=0,97
ЭФР
ЭФР
r=0,56
r=0,79
ААТ
НЭ
Рис. 4 Корреляционные взаимосвязи
Рис. 5 Корреляционные взаимосвязи
ЭФР в группе больных ХОБЛ
ЭФР в группе больных ХОБЛ
с нетяжелой эмфиземой
с тяжелой эмфиземой
Нами получены сильные корреляционные связи между ТИМП-1 и ЭФР, ИЛ-8,
α2макроглобулином в группе больных ХОБЛ с тяжелой эмфиземой. В группе больных
ХОБЛ с нетяжелой эмфиземой выявлена сильная корреляционная связь между ТИМП-1 и
ФНО-α.
5. Взаимосвязь системных биомаркеров в сыворотке крови у больных ХОБЛ с
буллезной эмфиземой и в группе больных ХОБЛ без булл.
18
5.1 Уровень системных биомаркеров в сыворотке крови в группах больных ХОБЛ с
буллезной эмфиземой и эмфиземой без булл.
Средние значения исходных показателей цитокинов ИЛ-8, ФНО-α, ЭФР, ТФР-β,
ММП-9, ТИМП-1, ААТ, НЭ, α2макроглобулина в сыворотке крови в группах больных
ХОБЛ с буллезной эмфиземой и эмфиземой без булл представлены в табл. 6.
Таблица 6
Концентрация биомаркеров системного воспаления в сыворотке крови в группах больных
ХОБЛ с буллезной эмфиземой и эмфиземой без булл.
Показатель
Median (25;75 percentile)
Буллезная эмфизема
Эмфизема без булл
(n=12)
(n=13)
13,1 (11,8-15,0)
12,8 (11,0-18,1)
7,7 (6,6-8,7)
6,3 (5,1-9,9)
124,1 (87,7-364,9)
120,7 (70,3-194,4)
ММП-9, нг/мл
586,1 (309,6-1017,5)*
295,8 (186,1-590,1)
ТИМП-1, нг/мл
604,4 (488,2-642,1)
547,6 (448,9-642,1)
ААТ, г/л
1,55 (1,0-1,9)
1,5 (1,4-1,8)
ТФР-β, нг/мл
0,92 (0,7-1,5)
0,92 (0,7-2,4)
181,9 (116,0-581,2)
187,7 (118,2-476,7)
1,1 (0,5-1,6)*
0,5 (0,4-1,3)
134,7 (60,4-531,9)
126,7 (63,4-315,7)
1,3 (1,2-1,9)
1,4 (1,1-1,5)
ИЛ-8, пг/мл
ФНО- α, пг/мл
ЭФР, пг/мл
НЭ, нг/мл
ММП-9/ ТИМП-1
НЭ/ААТ
α2макроглобулин, г/л
*- р<0,05 ** p<0,01 ***- p<0,001 по сравнению с эмфиземой без булл
В группе больных ХОБЛ с буллезной эмфиземой выявлено незначительное
повышение концентраций ИЛ-8, ЭФР, НЭ/ААТ в сыворотке крови. Уровень ММП-9 более
чем 1,5 раза достоверно выше в группе больных ХОБЛ с буллезной эмфиземой по
сравнению с эмфиземой без булл.
5.2 Взаимосвязь уровней системных биомаркеров ХОБЛ в сыворотке крови в
группах больных с буллезной эмфиземой и у больных с эмфиземой без булл.
Обе группы достоверно отличались только по показателям ММП-9 и ММП9/ТИМП-1. Значение ММП-9 в формировании булл впервые показано в нашем
исследовании. Сывороточный уровень ММП-9 у больных ХОБЛ с буллезной эмфиземой
19
значительно превышает таковой у больных с эмфиземой без булл. Сывороточные уровни
ТИМП-1 в обеих группах были приблизительно одинаковыми.
Как у больных с буллезной эмфиземой, так и больных с эмфиземой не имеющих
булл нами выявлены корреляционные взаимосвязи между ИЛ-8 и НЭ, ММП-9, однако, в
группе больных ХОБЛ с буллезной эмфиземой взаимосвязи сильнее, что позволяет думать
о том, хемокиновые реакции при буллезной эмфиземе более выражены, чем при других
формах болезни.
В группе больных ХОБЛ с эмфиземой без булл обнаружены корреляционные
взаимосвязи между ФНО-α и ММП-9, ТИМП-1, ЭФР. Отношение ММП-9/ТИМП-1 в
группе больных ХОБЛ без булл выше такового в группе ХОБЛ с буллезной эмфиземой.
Что позволяет сделать вывод о том, что одним из сдерживающих факторов развития булл
является достаточный уровень и активность ТИМП-1. Наличие сильной прямой
корреляционной взаимосвязи между ФНО-α и ЭФР у больных без булл может
свидетельствовать о регенеративной активности сосудов, направленной на сохранение
ткани легкого.
Возможно увеличение числа и силы связей ФНО-α, ЭФР, ТФР-β ТИМП-1, ММП-9
у больных ХОБЛ без булл по сравнению с больными ХОБЛ с буллезной эмфиземой
связано с многообразием клеточных и биохимических реакций при буллезной эмфиземе,
как более тяжелого деструктивного процесса.
ВЫВОДЫ
1. Установлено достоверное увеличение уровней ИЛ-8 и НЭ в сыворотке крови у
больных ХОБЛ по сравнению с курильщиками без ХОБЛ, что свидетельствует о
сохраняющихся процессах воспаления и протеолиза в фазу стабильного течения
болезни.
2. Выявлены достоверные корреляционные взаимосвязи уровня СДЛА с ТФР-β (r=0,58), ИЛ-8 (r=-0,66), ФНО-α (r=0,61), ММП-9 (r=-0,58), что свидетельствует о роли
данных биомаркеров в регуляции давления в легочной артерии у больных ХОБЛ.
3. Высокая концентрация ТФР-β на ранних этапах болезни (1-2 стадии) и
незначительная при тяжелом и крайне тяжелом течениях (3-4 стадии) ХОБЛ,
свидетельствует об истощении его протективной функции на поздних стадиях
заболевания.
20
4. Эмфизематозный фенотип при ХОБЛ характеризуется наличием достоверно более
высоких концентраций ММП-9, ММП-9/ТИМП-1, НЭ и НЭ/ААТ в сыворотке
крови.
5. Эмфизематозный фенотип при ХОБЛ характеризуется более низким ИМТ, DLСО и
низкой толерантностью к физической нагрузке в отличие от больных ХОБЛ с
бронхитическим фенотипом.
6. У больных ХОБЛ с тяжелой эмфиземой выявлены высокие корреляционные
взаимосвязи концентраций ЭФР с НЭ (r=0,79), ТФР-β (r=0,97) в сыворотке крови,
доказывающие взаимосвязь процессов ангиогенеза с протеолизом и фиброгенезом
у данной категории больных.
7. Больные с тяжелой эмфиземой характеризуются более высокими концентрациями
ММП-9 и ММП-9/ТИМП-1 в сыворотке крови по сравнению с пациентами с
нетяжелой эмфиземой, что подтверждает роль данных маркеров в формировании
эмфиземы.
8. При буллезной эмфиземе выявлены более высокие концентрации ММП-9 и ММП9/ТИМП-1 в сыворотке крови, свидетельствующие о их участии в развитии булл.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Выявление у больных ХОБЛ высокого сывороточного уровня
ТФР и низких
уровней ИЛ-8, ФНО, ММП-9 в стабильном состоянии являются фактором риска
развития легочной гипертензии и требуют мониторирования уровня давления в
легочной артерии.
2. Низкий ИМТ и низкие показатели диффузионной способности легких характерны
для больных эмфизематозным фенотипом ХОБЛ и требуют более углубленного
обследования пациентов с применением метода компьютерной томографии для
выявления форм, тяжести и распространенности эмфиземы.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
1. Нейтрофильная
эластаза
и
болезни
органов
дыхания
/
А.В.Аверьянов,
А.Э.Поливанова // Пульмонология (5) 2006 – c.74-79.
2. Дефицит α1-антитрипсина и хроническая обструктивная болезнь легких /
А.В.Аверьянов, А.Э.Поливанова // Пульмонология (3) 2007 – c.103-109.
21
3. Роль эмфиземы в прогрессировании хронической обструктивной болезни легких /
А.В.Аверьянов, А.Г. Чучалин, А.Э.Поливанова, А.В. Черняк, Г.Э. Поливанов, Г.В.
Неклюдова, Ж.К. Науменко, В.П. Колосов // Уральский медицинский журнал 3(43)
2008 – с.89-95.
4. Аспекты патогенеза эмфиземы легких у больных ХОБЛ / А.В.Аверьянов, М.В.
Самсонова, А.Л. Черняев, А.Г. Чучалин, А.Э.Поливанова, Г.В. Николаев, В.И.
Перепечин // Пульмонология (3) 2008 –с. 48-53.
5. Матриксная металлопротеиназа-9 у больных ХОБЛ / А.Э.Поливанова, А.В.
Аверьянов, А.Г.Чучалин, К.А. Зыков, А.В. Черняк, Г.Э. Поливанов // Сборник
трудов 16 Нац. Конгресса по болезням органов дыхания, Санкт-Петербург-2006 – с.
231.
6. Эндотелиальный фактор роста у больных ХОБЛ / А.Э.Поливанова, А.В.
Аверьянов, А.В. Черняк, А.Г. Чучалин, К.А. Зыков, Г.А. Ткачев // Сборник трудов
16 Нац. Конгресса по болезням органов дыхания , Санкт-Петербург-2006-с.323.
7. Neutrophil elastase in severe COPD and asthma exacerbation / Аnna Polivanova, Kirill
A. Zykov, Alexander Averyanov, V.B. Beilina, E.I. Kaznacheeva // Eur. Resp. J. vol.28.
suppl.50 (2006) p.211.
8. Functional assessment of predominant emphysema localization / G.Polivanov, A.
Averyanov, А. Polivanova, A. Cheryak, A. Chuchalin // Eur. Resp. J. vol.28. suppl.50
(2006) p.334.
9. Анализ структуры легочной ткани и внутригрудных объемов на разных стадиях
ХОБЛ / Аверьянов А.В., Поливанов Э.Г., Поливанова А.Э., А.В. Черняк, А.Г.
Чучалин // Сборник трудов 16 Нац. Конгресса по болезням органов дыхания ,2006
с.214.
10. Корреляционные
связи
рентгенологическими
и
маркеров
воспаления
биохимическими
с
показателями
функциональными,
у больных
ХОБЛ
А.В.Аверьянов, А.Э.Поливанова, А.В.Черняк, К.А. Зыков, А.Г. Чучалин, Г.А.
Ткачев / Сборник трудов 16 Нац. Конгресса по болезням органов дыхания, СанктПетербург-2006 с.214.
11. Взаимосвязь рентгенологических и функциональных показателей у больных
ХОБЛ/ Поливанов Э.Г., Аверьянов А.В., Поливанова А.Э., А.В. Черняк, Н.Н.
Мещерякова, А.Г. Чучалин // Сборник трудов 16 Нац. Конгресса по болезням
органов дыхания , Санкт-Петербург-2006, с.231.
22
12. Differences in serum levels of inflammatory markers , proteases and antiproteases in
COPD patients with and without emphysema / Аnna E.Polivanova, Alexander
Averyanov, Kirill A. Zykov //. Eur. Resp. J. vol.28 suppl.50 2007 36 S.
23