Введение к работе
Актуальность проблемы
В последние десятилетия отмечается устойчивая тенденция к росту травматизма, что определяет актуальность данной медицинской проблемы. Около 25% пациентов с травмой составляют дети, у которых механические повреждения выступают на первое место как причина заболеваемости, инвалидности и смертности. Посттравматические состояния, приводящие к инвалидности, наблюдаются у 4,5 %, а длительные функциональные расстройства, затрудняющие учебу – у 38 % детей (Кузнечихин Е.А., Немсадзе В.П., 1999; Баиров Г.А., 2000).
Закономерным следствием травмы являются изменения со стороны иммунной системы. Несмотря на непрерывное совершенствование антибактериальной терапии и хирургической техники, инфекционные осложнения, являющиеся одним из основных клинических проявлений иммунной недостаточности, остаются главной причиной смерти у пациентов, особенно детей, с серьезными повреждениями (Баиров Г.А., 2000; Деллинджер Э.П., 2001; Белобородов В.Б., Митрохин С.Д., 2003; Пхакадзе Т.Я. и соавт., 2003; Калинина Н.М. с соавт., 2005; Страчунский Л.С. и соавт., 2007).
После воздействия повреждающего фактора в ткани развивается острое экссудативно-деструктивное воспаление, основными эффекторами которого являются фагоциты. Результативность формирующейся фагоцитарной реакции во многом определяется характером и интенсивностью ее начального этапа – хемотаксиса.
Способность к направленной миграции составляет основу функциональной пластичности фагоцитов, но из-за своей сложности хемотаксис является одной из наиболее уязвимых форм реактивности нейтрофилов и моноцитов. Поэтому многие дисфункции фагоцитов и других иммуноцитов связаны с патологией движения клетки. Снижение двигательной активности фагоцитов может быть результатом не только их повреждения, но и хемотаксиской деактивации, развивающейся после контакта с различными хемоаттрактантами и приводящей к угнетению хемотаксиса.
Известно, что механическая травма вызывает индуцированную форму вторичного иммунодефицитного состояния, характеризующуюся количественными и функциональными изменениями различных гуморальных факторов, активности иммунокомпетентных клеток и приводит к расстройству их цитокиновой регуляции (Хаитов Р.М., 2000; Долгушин И.И., Бухарин О.В., 2001; Фрейдлин И.С. и соавт., 2002; Симбирцев А.С., 2004; Малыш И.Р., Козлов В.К., Згржебловская Л.В., 2005). Поэтому было логично предположить, что аномалии миграции клеток наряду с дефектами цитокиновой регуляторной сети, развивающимися после механической травмы, могут являться одной из главных причин развития гнойного воспаления и нарушения репаративных процессов в поврежденной ткани.
Изучение роли фагоцитов и секретируемых ими медиаторов воспаления в патогенезе травматической болезни и процессах репаративной регенерации костной ткани является весьма актуальной проблемой, еще далекой от окончательного разрешения. Её дальнейшее исследование позволить разработать новые подходы к диагностике и лечению иммунодефицитного состояния при травматических повреждениях, а также определить возможность коррекции нарушенных звеньев гомеостаза.
Цель исследования
Целью настоящей работы является исследование роли нарушений двигательных функций фагоцитов (нейтрофилов и моноцитов) в патогенезе травматической болезни у детей, взаимосвязи таких изменений с уровнем цитокинов, активностью репаративной костной регенерации, возникновением гнойно-воспалительных осложнений, а также разработка патогенетически обоснованных подходов к коррекции выявленных нарушений.
Задачи работы
1. Оценить функциональное состояние (фагоцитарная, лизосомальная, НСТ-редуцирующая, секреторная активность) нейтрофилов и моноцитов и показатели гуморального иммунитета при деструкции костной ткани в различные периоды травматической болезни у детей с неосложненным и осложненным ее течением.
2. Изучить базальную и индуцированную митогенами (ЛПС и ФГА) продукцию ИЛ-1, ИЛ-10, ИЛ-8, ИЛ-4 и ИНФ- клетками периферической крови здоровых и травмированных детей.
3. Исследовать хемотаксическую и миграционную активности нейтрофилов и моноцитов периферической крови в ответ на различные хемоаттрактанты у здоровых и травмированных детей и установить взаимосвязь между степенью изменения кинетической функции фагоцитов и уровнем цитокинов.
4. Определить уровни биохимических маркеров костного ремоделирования (кальцитонина, остеокальцина и С-телопептидов коллагена I типа CrossLaps) у здоровых и травмированных детей и их взаимосвязь со степенью нарушения цитокинпродуктивной и локомоторной функций клеток периферической крови у пациентов с механической травмой.
5. Изучить хемотаксические свойства и способность индуцировать “хемотаксическую деактивацию” нейтрофилов у возбудителей, наиболее часто вызывающих развитие посттравматических гнойно-воспалительных осложнений у детей (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa).
6. Исследовать хемотаксические свойства и способность вызывать “хемотаксическую деактивацию” нейтрофилов у антибиотиков, применяемых при лечении посттравматических гнойно-воспалительных осложнений у детей (амоксиклав, гентамицин, линкомицин, цефотаксим).
7. Выяснить влияние антибактериальных препаратов (амоксиклав, гентамицин, линкомицин, цефотаксим) на спонтанную и индуцированную ЛПС продукцию цитокинов – ИЛ-1b, ИЛ-4, ИЛ-8, ИЛ-10, ИНФ-a клетками периферической крови при травматической болезни у детей.
8. Изучить действие иммунотропных препаратов (метилурацил, нуклеинат натрия и АТФ) на подвижность фагоцитов in vitro у здоровых детей и у травмированных пациентов – до и после лечения, и на основе этого разработать патогенетически обоснованные подходы к коррекции выявленных нарушений фагоцитарных функций у детей с травматической болезнью.
Научная новизна
В работе впервые установлено, что у детей в процессе развития травматической болезни происходит изменение секреции медиаторов воспаления, проявляющееся в гиперпродукции провоспалительных индукторов и приводящее к дисбалансу в цитокиновой сети регуляции, в большей степени в системе хемокиновых интерлейкинов.
Установлена взаимосвязь между уровнями продукции цитокинов и нарушениями локомоторных функций фагоцитов у детей с травматической болезнью, свидетельствующая о роли дефекта миграции клеток в развитии дисбаланса постоянства внутренней среды организма после травмы.
Представлены новые сведения об участии фагоцитарных реакций в восстановлении костной ткани при травматических повреждениях опорно-двигательной системы. Установлена существенная роль фагоцитов в резорбции костной ткани. Определена динамика маркеров костного метаболизма в зависимости от периодов травматической болезни у детей.
Впервые показано, что антибиотики, используемые в лечении гнойно-воспалительных осложнений при травматической болезни у детей, выступают как модуляторы воспалительной реакции, изменяющие цитокин-продуктивную активность фагоцитов. Определены хемотаксические и хемокинетикотропные эффекты амоксиклава, гентамицина, линкомицина, цефотаксима in vitro в норме и при лечении детей с гнойно-воспалительными осложнениями травматической болезни. Обнаружено, что они усугубляют двигательные дисфункции фагоцитов и опосредованно способствуют замедлению процессов репарации костной ткани.
Разработан оригинальный подход к подбору индивидуальной дозы нуклеината натрия, метилурацила и АТФ на основе оценки их влияния на хемотаксис нейтрофилов и моноцитов in vitro, что позволяет не только снизить уровень интоксикации, но и восстановить у травмированных детей кинетическую функцию фагоцитов, предотвращая развитие посттравматических гнойно-воспалительных осложнений.
Практическая значимость работы
Доказано, что в раннем посттравматическом периоде происходит изменение продукции цитокинов, которое приводит к дисбалансу в системе про- и противовоспалительных цитокинов, наиболее выраженному в хемокиновом звене. Дисбаланс системы цитокинов является одной из причин локомоторных дисфункций фагоцитов и нарушения процессов репаративной регенерации костной ткани.
Исследованы хемокинетикотропные эффекты антибактериальных препаратов, применяемых при лечении хирургических инфекций. Выявлено, что антибиотики усугубляют двигательные дисфункции фагоцитов и опосредованно способствуют замедлению процессов репарации костной ткани.
Разработан метод коррекции нарушений локомоторной функции фагоцитов у детей с травматической болезнью, основанный на изучении хемотаксиса фагоцитов под воздействием различных концентраций препаратов на клетки in vitro, позволяющий эффективно применять лекарственный препарат через 4–5 часов с момента начала исследования и оптимизировать процесс лечения больных с повреждением опорно-двигательного аппарата, снижая риск развития гнойно-воспалительных осложнений.
На основании полученных данных разработаны “Способ изучения хемокинеза нейтрофилов под воздействием биологических веществ”, “Способ индивидуального подбора дозы АТФ” и “Способ прогнозирования эффективности нуклеината натрия у детей с травматической болезнью” (рационализаторские предложения: № 149 от 20.03.2000, № 183 от 14.03.2002 года, № 184 от 14.03.2002).
Положения, выносимые на защиту
-
Клетки периферической крови здоровых детей обладают выраженной цитокин-продуктивной активностью. Стандартные митогены индуцируют продукцию цитокинов, амплитуда и направленность которой имеют феноменологическое сходство у оппозитных пулов цитокинов, что свидетельствует о состоятельности регуляторных и эффекторных функций цитокиновой системы в норме.
-
Нейтрофилы и моноциты периферической крови здоровых детей проявляют хемотаксическую активность к регуляторам иммунного воспаления: ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-8, ГМ-КСФ, смесь ИНФ2(c)2(d), лейкинферон, А5-фракция пептидосодержащих секреторных продуктов нейтрофилов, активированных латексом, к живым суточным культурам бактерий, наиболее часто вызывающих хирургическую инфекцию, к антибактериальным препаратам – амоксиклаву, гентамицину, линкомицину, цефотаксиму. Непосредственный контакт in vitro биорегуляторов, микроорганизмов и антибактериальных препаратов вызывает двигательную рефрактерность данных клеток.
-
Одним из проявлений развивающегося иммунодефицитного состояния у детей при травматической болезни является гиперпродукция провоспалительных цитокинов с дисбалансом в цитокиновой регуляторной сети, преимущественно в системе хемокиновых интерлейкинов.
-
Дефекты цитокиновой регуляторной сети детерминируют развитие мобилизационной блокады фагоцитов, наиболее выраженной в остром периоде травматической болезни и при развитии гнойно-воспалительных осложнений. Кинезия нейтрофилов и моноцитов взаимосвязана с уровнем остеорепарации. Локомоторная дисфункция фагоцитов влияет на интенсивность резорбтивных процессов и может приводить к замедленному сращению перелома.
-
Антибактериальные препараты, применяемые в качестве средств этиотропной терапии при лечении гнойно-воспалительных осложнений травматической болезни, выступают как модуляторы цитокин-продуктивной активности фагоцитов и, в целом, воспалительной реакции, что усугубляет двигательные дисфункции данных клеток.
-
Метилурацил, нуклеинат натрия и АТФ обладают выраженным стимулирующим влиянием на угнетенную кинетическую функцию фагоцитов детей с механической травмой. Максимальная эффективность кинетикостимулирующего действия этих препаратов достигается подбором индивидуальной дозы, основанным на оценке хемотаксиса клеток к стандартному хемоаттрактанту под действием различных концентраций препаратов in vitro.
Внедрение результатов исследования
Разработанный методический подход внедрен в практику работы детского городского ортопедотравматологического отделения МУЗ ГП№1 г. Челябинска и ортопедотравматологического отделения ГМЛПУЗ «Челябинская областная клиническая больница» и в лаборатории диагностики иммунодефицитных состояний НИИ иммунологии ГОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».
Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедрах хирургии, ортопедии и травматологии детского возраста и микробиологии, вирусологи, иммунологии ГОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на постерной сессии конкурса молодых ученых VI конгресса педиатров России (Москва, 2000); на I научно-практической конференции “Вклад молодых ученых и специалистов в развитие науки и культуры г. Челябинска. Состояние. Проблемы. Перспективы” (Челябинск, 2000); на XIV Российской научной конференции “Факторы клеточного и гуморального иммунитета при различных физиологических и патологических состояниях” (Челябинск, 2000); на конференции, посвященной 20-летию ЦНИЛ Челябинской государственной медицинской академии “Современные технологии в биологии и медицине” (Челябинск, 2000); на III Российской межрегиональной конференции, посвященной 60-летнему юбилею Челябинской государственной медицинской академии «Новые технологии и фундаментальные исследования в медицине» (Челябинск, 2002); на межрегиональной конференции биохимиков Урала, Западной Сибири и Поволжья “Биохимия: от исследования молекулярных механизмов до внедрения в клиническую практику и производство” (Оренбург, 2003); на Российской научно-практической конференции “Актуальные вопросы аллергологии и иммунологии в педиатрии” (Оренбург, 2003); на VII Всероссийском научном Форуме с международным участием имени академика В.И. Иоффе «Дни иммунологии в Санкт-Петербурге» (Санкт-Петербург, 2003); на Первой Международной Конференции “Проблемы популяционного здоровья” (Челябинск-Монреаль, 2003); на III конференции иммунологов Урала (Челябинск, 2003); на научной сессии, посвященной 60-летию Челябинской государственной медицинской академии «Актуальные проблемы медицинской науки и практического здравоохранения» (Челябинск, 2004); на конференции, посвященной 10-летию НПЦ диагностики, лечения и профилактики дисбактериозов НИИ иммунологии ЧелГМА и 60-летию ГОУ ВПО “Челябинская государственная медицинская академия МЗ РФ” “Современные проблемы диагностики и лечения дисбактериозов” (Челябинск, 2004);на VIII Всероссийском научном Форуме с международным участием имени академика В.И. Иоффе Дни иммунологии в Санкт-Петербурге. «Молекулярные основы иммунорегуляции, иммунодиагностики и иммунотерапии» (Санкт-Петербург, 2004); на Объединенном Иммунологическом Форуме (Екатеринбург, 2004); на IV конференции иммунологов Урала (Уфа, 2005).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 28 научных работ. Издана монография.
Структура и объем диссертации
Работа изложена на 360 страницах текста, набранного на компьютере в текстовом редакторе Microsoft Word, иллюстрирована 46 таблицами, 43 рисунками и 5 фотографиями, состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием материалов и методов исследования, 4 глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, содержащего 366 источников, в том числе 241 отечественных и 125 зарубежных авторов.
