Содержание к диссертации
Введение
CLASS ГЛАВА 1. Обзор литературы 1 CLASS 0
1.1 Общая характеристика бронхиальной астмы. Эпидемиологические данные 10
1.2. Особенности функционального состояния кардиореспираторной системы при бронхиальной астме и методы ее исследования 14
1.3. Биохимические изменения при бронхиальной астме 27
1.4. Интегративпые методы оценки метаболических сдвигов 31
1.4.1. Метод лазерной корреляционной спектроскопии в медицинской практике 33
1.4.2. Оценка эндотоксикоза с помощью биологических тест-систем 41
CLASS ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 4 CLASS 6
2.1. Оценка функционального состояния кардиореспираторной системы методом одновременной спироартериокардиоритмографии 47
2.1.1. Измеряемые параметры. Показатели состояния вегетативной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, определяемые прибором САКР. 48
2.1.2. Исследование артериального барорефлекса методом дыхательных проб 52
2.1.3. Порядок проведения измерений 55
2.2 Исследование субфракционного состава биологических жидкостей методом лазерной корреляционной спектроскопии 57
2.2.1. Исследование субфракционного состава рото-глоточных смывов методом лазерной корреляционной спектроскопии 61
2.2.2. Исследование субфракционного состава сыворотки крови методом лазерной корреляционной спектроскопии 62
2.3. Оценка токсичности мочи и активности системы комплемента крови с помощью биологической тест-системы 63
ГЛАВА 3. Информативность различных функциональных проб состояния Кардиореспираторной системы в норме и при бронхиальной астме 66
ГЛАВА 4. Характер метаболических сдвигов при бронхиальной астме 93
ГЛАВА 5. Выявление групп риска развития аллергических отклонений 109
Заключение 116
- Общая характеристика бронхиальной астмы. Эпидемиологические данные
- Биохимические изменения при бронхиальной астме
- Оценка функционального состояния кардиореспираторной системы методом одновременной спироартериокардиоритмографии
- Исследование артериального барорефлекса методом дыхательных проб
Введение к работе
Актуальность темы. Аллергические заболевания и, в частности, бронхиальная астма (БА), как известно, приобретают все большую распространенность. Несмотря на существенный прогресс в понимании сущности заболевания, БА остается одной из актуальных проблем современной аллергологии. В основе клинической картины БА находится бронхообструктивный синдром, полиморфный по механизму формирования (Немцов В.И., 1995), а отсюда и гетерогенность патогенеза БА при наличии однотипной клинической картины (Немцов В.И., Качанова Т.Л., 1994). Прогресс в изучении механизмов развития БА стал базой для разработки концепции патогенеза, согласно которой основу заболевания составляет аллергическое воспаление дыхательных путей (ДП) и связанная с ним ги-перерактивность бронхов к различным стимулам (Геппе Н.А., 2001). При этом успешность и эффективность работы эффекторной (доминирующей) системы во многом определяется особенностями ее регуляции. Доминирующей системой при БА является дыхательная система, которую в силу анатомической и функциональной взаимосвязи с сердечно-сосудистой системой (ССС) необходимо рассматривать в составе объединенной кардиореспираторной системы (КРС) (Дмитриева Н.В.Глазачев О.С., 2000). К сожалению, вопросы нейро-вегетативной регуляции КРС при БА изучены недостаточно. Интерес к изучению вегетативной регуляции при БА в настоящее время связан не только с пониманием процессов патогенеза (Barnes P.J., 1995),
но и необходимостью данных исследований с точки зрения разработки новых подходов к ранней диагностике и профилактике.
Основные трудности в выявлении эффектов воздействия антропогенных факторов окружающей среды связаны со слабой выраженностью проявлений и ограниченной чувствительностью методов исследования. Раннее выявление аллергоподобных сдвигов в метаболизме позволит своевременно проводить адресные профилактические мероприятия и предотвратить развитие тяжелых заболеваний, приводящих к инвалидности. Однако сведения об оценке функциональных возможностей организма при патологии современными инструментальными методами нуждаются в дополнении.
На стадии инициации патологических механизмов организм сохраняет за собой выбор дальнейшего развития процесса. Выбор этот определен функцией большого числа регуляторных процессов, инициируемых адаптивными (саногенетическими), направленными на ликвидацию патологических изменений, механизмами. Отсюда следует вывод, что предсказательная эффективность ранней диагностики связана не столько с ранним опознаванием инициирующего патологию процесса или «маркера патологии», сколько с анализом регуляторных процессов и установлением сложившегося под их воздействием уровня функционального соотношения, который и определит тот или иной вариант устойчивости организма к развитию патологии.
Исследованию отдельных аспектов этой проблемы и посвящена настоящая работа.
Цель работы: разработка современных методических подходов к определению адаптационных возможностей организма при бронхиальной астме и определению в ходе массовых обследований групп риска развития аллергических заболеваний.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Выбрать наиболее информативный способ функционального исследования состояния кардиореспираторной системы в норме и при бронхиальной астме.
2 Исследовать особенности функциональных резервов систем регуляции периферического и центрального кровообращения, сердечного ритма и сократимости сердечной мышцы у здоровых людей и пациентов с бронхиальной астмой и выявить закономерности в характере наблюдаемых изменений.
3. Изучить характер метаболических сдвигов при аллергических нарушениях, оценить их прогностическую значимость и выделить критерии для оценки эффективности терапии и формирования групп риска по развитию аллергических заболеваний.
^Верифицировать выявленные критерии формирования групп риска в ходе массовых обследований.
Научная новизна работы.
С помощью компьютерной спироартериокардиоритмографии впервые обосновано применение функциональной пробы со спирометрической маской как наиболее информативной в норме и при патологии. Осуществлена комплексная оценка нейровегетативной регуляции кардиореспираторной функциональной системы у обследованных с бронхиальной астмой (БА), зафиксировано повышение барорецепторной чувствительности у них. Показана целесообразность использования функциональных проб для оценки ранних нарушений ВНС при БА. Использование метода лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС) позволило впервые исследовать характер распределения частиц сыворотки крови при БА разной степени тяжести. Зафиксированы различия в распределении субклеточных
частиц в сыворотке крови и моче пациентов с БА по сравнению со здоровыми людьми.
Спермомобилометрическим методом впервые показано возрастание токсичности мочи при БА и изменения в эффектах сыворотки крови в этом тесте. В настоящем исследовании впервые обнаружено, что эти различия проявляются и при ЛКС-анализе соответствующих биологических жидкостей. Выявлены особенности в направленности метаболических сдвигов, связанные с уровнем токсичности.
В результате проведенных массовых обследований учащихся общеобразовательных учреждений и практически здоровых взрослых с помощью ЛКС - исследования рото-глоточных смывов и функционального тестирования на комплексе САКР выделены группы риска по развитию аллергических заболеваний. На основании полученных данных разработаны критерии формирования групп риска и прогнозирования эффективности лечения.
Теоретическое и практическое значение работы. Примененный в работе на спироартериокардиоритмографе функциональный тест со спирометрической маской показал выраженное повышение индекса напряжения, величины чувствительности барорефлскса и относительной мощности высокочастотного диапазона спектра вариабельности периферического САД при его неизменной суммарной мощности у пациентов с БА. Эти данные свидетельствует о повышенной реактивности вегетативной регуляции сосудистого тонуса и нарушениях регуляции сердечной деятельности у обследованных больных. Таким образом, обосновано использование наиболее информативной и наименее трудной для выполнения функциональной пробы.
Выявленные интегральные метаболические сдвиги свидетельствуют о том, что методы спермомобилометрии и ЛКС пригодны для динамического наблюдения за пациентами с БА и оценки эффективности проводимой терапии. Показано, что высокомолекулярная фрак-
ция ЛК-спектра в значительной степени связана с агрегированными иммуноглобулинами и циркулирующими иммунными комплексами.
Использованный в работе методический подход показал свою перспективность для массовых обследований взрослых и детей. Раннее выявление изменений в метаболизме и регуляторной активности сердечно-сосудистой системы для конкретного человека позволит своевременно проводить индивидуальные профилактические мероприятия.
Положения, выносимые на защиту.
Выявленные особенности функционирования кардиорес-пираторной системы и метаболизма при БА информативны для формирования групп риска по развитию аллергопатологий при массовых обследованиях.
Сочетанное применение методов спермомобилометрии и лазерной корреляционной спектроскопии биологических жидкостей человека позволяет прогнозировать и оценивать эффективность терапии БА.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на VIII Международной конференции «Современные технологии восстановительной медицины», Сочи, 2005; IX Межд.кокф. «Высокие технологии восстановительной медицины: профессиональное долголетие и качество жизни» Сочи, 2006, Всерос.научно-практ. конф. «Медицинские и эколого-гигиенические проблемы аллергических заболеваний кожи и респираторного тракта у детей и подростков», Екатеринбург, 2006 г. Межд. симп. под эгидой ЮНЕСКО «Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии», Дубна, 2007,.ХИ межд. симп. «Эколого-физиологичес-кие проблемы адаптации», М, 2007.
Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, опубликовано 6 научных работ.
/о
Общая характеристика бронхиальной астмы. Эпидемиологические данные
Бронхиальная астма — это хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей, характеризующееся обратимой бронхиальной обструкцией (БО) и гиперреактивностью бронхов (ГРБ). Под специфической ГРБ понимают повышенную чувствительность бронхиального дерева к определенным аллергенам, под неспецифической- к разнообразным стимулам неаллергенной природы. Воспалительная природа заболевания, связанная с воздействием специфических и неспецифических факторов, проявляется в морфологических изменениях стенки бронхов, инфильтрации клеточными элементами, прежде всего эозинофилами, дисфункции ресничек мерцательного эпителия, деструкции эпителиальных клеток вплоть до десквамации, дезорганизации основного вещества, гиперплазии и гипертрофии слизистых желез и бокаловидных клеток. В воспалительном процессе участвуют также другие клеточные элементы, в том числе тучные клетки, лимфоциты, макрофаги.
С позиций клинициста, бронхиальная астма — заболевание, характеризующееся хроническим воспалением дыхательных путей, которое приводит к гиперреактивности бронхов, бронхиальной обструкции и респираторным симптомам (приступы удушья, кашля, тяжести в грудной клетке).
Длительное течение воспаления приводит к необратимым мор-фофункциональным изменениям, характеризующимся резким утолщением базальной мембраны с нарушением микроциркуляции, и склерозу стенки бронхов.
Астма более не рассматривается как состояние с изолированными острыми эпизодами бронхоспазма. Сейчас ее принято характеризовать как хроническое воспаление дыхательных путей, из-за которого бронхиальное дерево становится постоянно чувствительным или гиперреактивным. При воздействии различных стимулов (триггеров) и при наличии гиперреактивности наступает обструкция бронхиального дерева, возникают обострения (или приступы) болезни, проявляющиеся кашлем, чувством сдавления в груди и затрудненным дыханием. Приступы могут быть легкими, средней тяжести, тяжелыми или даже угрожающими жизни. .
В настоящее время наиболее важным предраспологающим к астме фактором считается атопия - врожденная наследственная склонность к аллергическим реакциям.
Бронхиальная астма - хроническое заболевание лёгких, поражающее людей всех возрастных групп. Оно может протекать в виде единичных, эпизодических приступов либо иметь тяжёлое течение с астматическим статусом и летальным исходом.
Бронхиальная астма является после обструктивной болезни легких второй по распространенности болезнью системы дыхания у человека. Эпидемиологические исследования последних лет свидетельствуют о том, что от 4 до 8% населения Земли страдают бронхиальной астмой. В детской популяции этот процент повышается до 5-10%, во взрослой — колеблется в пределах 5%. Распространенность астмы у детей варьирует в различных странах и популяциях, однако среди хронической патологии она, безусловно, является одной из самых частых. На показатели распространен ности существенным образом влияют определение астмы, критерии ее диагностики, а также методика изучения.
В последние десять лет ВОЗ предприняла целый ряд инициатив в разработке глобальной стратегии по борьбе с бронхиальной астмой. За исторически очень короткий отрезок времени эта болезнь вошла в число наиболее часто регистрируемых хронических заболеваний у человека. Эксперты ВОЗ указывают, что артериальная гипертония, ишемическая болезнь сердца, сахарный диабет, бронхиальная астма и другие обструктивные заболевания легких являются самыми частыми заболеваниями. Так, в Великобритании бронхиальной астмой болеет каждый пятый ребенок и каждый восьмой взрослый человек. Высокая заболеваемость бронхиальной астмой отмечается в Новой Зеландии, Австралии, США и во многих других странах.
В России особенно больших успехов удалось достичь при проведении реабилитационных программ у детей. В бывшем СССР работали региональные, республиканские, краевые и союзные детские санатории, которые специализировались на лечении детей с бронхиальной астмой. В некоторых детских санаториях был получен уникальный опыт по высокоэффективному лечению детей. К таким санаториям, несомненно, следует отнести комплекс в г. Анапа. Санатории города принимали до 10000 детей в сезон, и они работали круглогодично.
В 90-е годы в России были осуществлены программы, которые существенно сблизили здравоохранение страны с передовым мировым опытом.
Биохимические изменения при бронхиальной астме
Особенностью патогенеза бронхиальной астмы является хроническое воспаление и гиперчувствительность трахеобронхиаль-ных путей к раздражителям внешней среды (McFadden ER, 1992, 1995), развивающиеся вследствие трансформации ThO-лимфоци-тов преимущественно в ТЬ2-клетки, генерирующие цитокины гуморального иммунитета (Warner J.A. et al., 1996). Цитокины, в свою очередь, индуцируют синтез IgE В-лимфоцитами и экспрессию рецепторов к IgE на плазматической мембране тучных клеток привлеченных эозинофилов и базофилов (McFadden ER, 1995; Knoechel В, 2005). У больных бронхиальной астмой происходит аллерген-индуцируемая трансформация Th-0-лимфоцитов преимущественно по Th-2-пути (Hopkin J.M. 1997; Gately М.К. et al., 1998; Howarth P.H., 1998). Причем свойственный при бронхиальной астме дисбаланс Тп1/Тп2-клеток обусловлен генетически детерминированным дефицитом продукции антиген-представляющими (дендритными) клетками дыхательных путей IL-12 - цитокина-ре-гулятора дифференцировки ThO-клеток по Thl-пути (Gately М.К. etal., 1998).
Повышение общего уровня IgE в сыворотке крови больного и наличие специфических IgE антител к экзоаллергенам является основным иммунологическим маркером сенсибилизации. В норме концентрация IgE очень низкая и составляет у здоровых людей примерно 0,00005 г/л. что приблизительно в 100000-200000 раз ниже нормального уровня IgG. В результате связывания аллергена и происходит высвобождение серии уже имеющихся липидных соединений (гистамина), а также образующихся вновь медиаторов, к которым относится простагландины D2 и Р2-альфа, тромбоксан А2, а также фактор активации тромбоцитов (PAF) и лейкотриеиы (LT) — LTB4, LTD4, LTC4, LTE4. С действием этих медиаторов связывают немедленный ответ — острый бронхоспазм, отек слизистой бронхов, гиперсекцию бронхиальной слизи при астме. Эти же медиаторы (главным образом PAF и LTB4) ответственны , в свою очередь, за продолжительную активацию эозинофилов, нейтрофи лов, тромбоцитов и Т-лимфоцитов, за формирование воспаления в тканях и развитие отсроченной реакции.
Инфильтрация лейкоцитами стенок воздухоносных путей при бронхиальной астме приводит к увеличению генерации активных форм кислорода (АФК) (McQuaid К.Е., Keenan А.К., 1996, 1997). Локальная и системная гиперпродукция АФК и их цитотоксическое действие с накоплением продуктов перекисного окисления липидов при бронхиальной астме играет важнейшую роль в патогенезе этого заболевания (Болевич СВ. и др., 1997; Greene L.S., 1995).
Усиление свободнорадикального окисления сопровождает и процесс активации иммунокомпетентных клеток. Избыток АФК приводит к сдвигу метаболизма арахидоновой кислоты, один из метаболитов которой (15-гидроарахидоновая кислота) снижает бета-адренергичсскую активность прямым действием на бета-адреноре-цепторы, которые регулируют в легких продукцию АФК нейтрофи-лами и моноцитами. Это вызывает неконтролируемое образование ими свободных радикалов. Избыток АФК патологически воздействует на легкие, обусловливая основные клинические проявления: воспаление, нарушение функции внешнего дыхания, вторичную эмфизему. Это связано с тем, что свободные радикалы быстро реагируют с ненасыщенными липидами мембран, способствуя образованию липидных перекисей, и окисляют восприимчивые группы белков и нуклеиновых кислот.
Известно, что основным фактором, ограничивающим патологическое влияние АФК в организме человека, являются анти-оксидантные системы. При этом ведущую роль играет комплекс антиоксидантных ферментов, включающий супероксиддисмутазу, каталазу и глютатионпероксидазу.
Оценка функционального состояния кардиореспираторной системы методом одновременной спироартериокардиоритмографии
Использованный в настоящем исследовании метод индикации индивидуальной функциональной достаточности кардиореспираторной системы отличается от существующих аналогов тем, что регистрация сердечного, сосудистого и дыхательного ритмов производится одновременно. Именно это обстоятельство обеспечивает возможность тестирования индивидуального санотипа кардиореспираторной системы, на основе которого можно прогнозировать адаптивные возможности организма. Для этой цели разработан алгоритм экспрессного кардиореспираторного обследования и принципиально новые графические способы отображения информации.
Прибор спироартериокардиоритмограф (САКР) (рекомендован МЗ РФ к применению в медицинской практике, регистрационное свидетельство №29/03020703/5869-04) предназначен для непрерывного неинвазивного измерения артериального давления, регистрации потоков вдыхаемого воздуха при помощи высокочувствительного ультразвукового датчика и записи электрокардиограммы (ЭКГ). Объединение трех известных методов физиологических исследований в единый аппаратный комплекс позволяет достичь принципиально нового качества измерений, а именно: одновременной регистрации вариабельности сердечного ритма и артериального давления на различных стадиях дыхательного акта. Только в таком виде методика позволяет непосредственно рассчитывать такие важные функциональные параметры, как соотношение симпатических и парасимпатических ветвей вегетативной регуляции сердечного ритма и артериального давления, интегрированные значения интервалов кардиограммы, вентиляционные параметры легких, минутный объем кровообращения, величину барорефлекса.
Предусмотренное в приборе математическое обеспечение позволяет вести унифицированную с другими приборами базу данных, чем достигается интеграция прибора в единый комплекс средств исследований функциональных показателей здоровья.
Измеряемые параметры. Показатели состояния вегетативной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, определяемые прибором САКР.
Регистрируется ЭКГ и пульсовая волна артериального давления. Спектральный анализ непрерывных измерений артериального давления и сердечного ритма несет информацию о соотношении между вариабельностью артериального давления и сердечного ритма. Для определения спектральных характеристик вариабельности по непрерывным измерениям строятся ритмограммы частоты сердечных сокращений, диастолического и систолического артериального давления (АД), соответствующие минимальному и максимальному давлению пульсовой волны каждого сердечного сокращения. На основе ритмограмм при помощи преобразования Фурье вычисляется спектральная плотность мощности вариабельности сердечного ритма, систолического и диастолического АД. Мощность вариабельности сердечного ритма и артериального давления в различных спектральных диапазонах характеризует активность вегетативной нервной системы и работу барорефлекторных механизмов, параметры комплекса PQRST - показатели электрического возбуждения миокарда, параметры пульсовой волны артериального давления — гемодинамические показатели.
Принцип непрерывного измерения давления базируется на методе «разгруженной артерии», предложенном в 1969 году чешским исследователем Пеназом. Этот метод основан на непрерывной оценке объема сосудов пальца по фотоплетизмографическому сигналу и следящей электропневматической системе, создающей давление, противодействующее изменению диаметра проходящих под манжетой артериальных сосудов в пальце руки. В этом случае обеспечивается постоянство диаметра пальцевых артерий, в них поддерживается неизменное растягивающее давление, равное нулю, а давление в манжете повторяет давление крови в артериях пальца. Таким образом, обеспечивается возможность длительной неинвазивной регистрации всей кривой артериального давления, что ранее было возможно только инвазивным методом Oxford.
Для измерения ЭКГ используется стандартный метод регистрации электрофизиологических сигналов.
Вариабельность сердечного ритма оценивается следующим методом: в продолжительных записях ЭКГ каждый QRS-комплекс выделяется, а затем формируется последовательность из временных интервалов RRi между нормальными QRS-комплексами или мгновенные значения ЧСС при синусовом ритме. Различные методы спектрального анализа ритмограмм применяются с конца 60-х годов. Анализ спектральной плотности мощности позволяет получить основную информацию о распределении мощности (т.е. вариабельности в зависимости от частоты).
Исследование артериального барорефлекса методом дыхательных проб
Субфракционный состав биологических жидкостей регистрировали, используя лазерный корреляционный спектрометр ЛКС-03-«ИНТОКС», собранный в лаборатории молекулярной и радиационной биофизики Санкт-Петербургского института ядерной физики РАН и утвержденный комитетом по новой медицинской технике МЗ РФ для определения размеров микрочастиц в биологических жидкостях (Сертификат RU.C. 39.003.А N 5381).
В основе метода лежит изменение спектральных характеристик монохроматического когерентного излучения гелий-неонового лазера в результате светорассеяния при прохождении через дисперсную систему (плазма, сыворотка крови, моча, РГС) (А.Д. Лебедев и др., 1987).
Как известно, основной эффект светорассеяния осуществляется за счет белков и их комплексов, которые в грубом приближении имеют шаровидную структуру. Для сферических рассеивателей гидродинамический радиус обычно несколько больше, чем геометрический размер «сухой» частицы, вследствие образования вокруг нее оболочки из молекул растворителя, что часто используют для определения степени гидратирования различных частиц в растворе. При этом для глобулярных белков гидродинамический размер близок к истинному диаметру макромолекул. Если же форма частицы не сферическая, в этом случае в спектре появляется заметный вклад ориентационной (а для деформируемых частиц — и конформа-циошюй) динамики. Поэтому для белков, форма которых отличается от сферической, гидродинамический размер представляет весьма условную величину. В то же время коэффициент трансляционной диффузии является объективной физической характеристикой белковой частицы, что позволяет выявлять структурные изменения макромолекул: агрегацию, конформационные изменения, фермент-субстратные взаимодействия и пр.
Образец в объеме 0,2 мл заливали в кювету ЛК-спектрометра. Измерение проводили в частотном диапазоне 16 кГц (для крови, культуральной жидкости) и 8кГц (для РГС) в количестве 2000 накоплений. Регуляризацию спектра проводили с использованием нелинейной шкалы (программы «Spectrometer», «RGS», «Blood», входящие в программное обеспечение спектрометра). Результатом расчета при таком способе обработки является гистограмма, по оси ординат которой отложен процентный вклад частиц в светорассеяние, а по оси абсцисс - их размер в нанометрах.
В работе использовались различные способы представления данных полученных методом ЛКС.
Подробные ЛК - гистограммы, сформированные управляющей программой спектрометра, состоят из 32 столбцов (Рис.4). Количество столбцов отражает число учитываемых субфракций молекул при обработке (минимизации) спектра (Ю.И.Бажора, 2002).
Менее подробный, но более удобный способ представления данных связан с использованием зон, в которые входят частицы определенного размера. Так весь диапазон спектра для ротоглоточных смывов (РГС) делится на 4 информативные дискретные зоны (по размерам светорассеивающих частиц): I - 0-50 нм; II - 51-400 нм; III - 400-2000 нм; IV - выше 2000 нм. Для крови на 5 дискретных зон: I - 0-10 нм; II - 11-30 нм; III - 31-70 нм; IV - 71-150 нм; V - 150 и выше (рис.2.5). Согласно априорной информации, полученной на различных моделях патологий в зону частиц размером 0-10 нм попадают преимущественно низкомолекулярные мономерные аль-булярные белки и глико-липидные свободные комплексы; в зону 11-30 нм попадают глобулярные белки и низкомолекулярные ли-попротеиновые комплексы; зону 31-70 нм попадают более высокомолекулярные липопротеиновые комплексы, РНП, ДНП-частицы, самые низкомолекулярные иммунные комплексы; в зону 71-150 нм попадают преимущественно конститутивные иммунные комплексы среднего размера; если в организме индуцируется иммунопоез с образованием высокомолекулярных комплексов (чаще всего сопутствуют процессам аллергизации и аутоиммунной сенсибилизации организма), то появляются частицы размером свыше 150 нм.
