Введение к работе
Актуальность проблемы. Туберкулез остается серьезной и актуальной медицинской, социальной и экономической проблемой [Краснов В.А., 2008; ., ., 2008]. Изучение эпидемиологической ситуации за последние годы показало, что прогноз относительно ликвидации туберкулеза не оправдался. Данные Европейского регионального бюро ВОЗ свидетельствуют о том, что распространение туберкулеза приобрело угрожающие масштабы. Так, например, в России заболеваемость туберкулезом в 2007 г. достигала 83,2 случаев на 100 тыс. населения, а в Томской области в 2007 г. – 102,5, в 2008 г. – 101,4. Серьезную эпидемиологическую проблему представляют группы риска – лица с асоциальным поведением, иммигранты, наркоманы, дезадаптированные подростки, среди которых имеют широкое распространение лекарственно-устойчивые формы туберкулеза, включая полирезистентные варианты инфекции. Прогрессирующее увеличение числа случаев заражения антибиотико-рефрактерными штаммами микобактерий, устойчивых к двум, трем и более туберкулостатическим препаратам, является отрицательной тенденцией последних лет. Об этом свидетельствует рост частоты развития остропрогрессирующих форм лекарственно-резистентного туберкулеза с тяжелым клиническим течением и значительной распространенностью патологического процесса [Каминская Г. О. и соавт., 2006; Исакова Ж.Т. и соавт., 2007; Маркелов Ю.М., Дородная И.А., 2007; Фирсова В.А. и соавт., 2007] .
Согласно современным представлениям, наиболее тяжелое течение туберкулеза отмечается при нарушении адекватного клеточного иммунного ответа [Масленников А.А. и соавт., 2007]. Ведущая роль в обеспечении противотуберкулезной защиты организма, как известно, принадлежит тканевым и циркулирующим фагоцитам – альвеолярным макрофагам, моноцитам и полиморфно-ядерным нейтрофилам, а также индукторам иммунного воспаления – лимфоцитам. Между тем, наиболее характерными признаками дизрегуляции иммунных процессов при туберкулезе, по данным ряда авторов, являются, прежде всего, нарушения структурно-метаболического и функционального статуса лимфоцитов и моноцитов [Комогорова С.Э. и соавт., 2005; Пичугин А.В., 2005; Фирсова В.А. и соавт., 2007].
Установлено, что патогенез иммунной гипо- и анергии при инфекционном процессе во многом обусловливается индуцированной возбудителем дезорганизацией хромосомного аппарата иммунокомпетентных клеток и систем, обеспечивающих генетический гомеостаз макроорганизма. Основную функцию гомеостатической регуляции в организме выполняют система ДНК-репарации, обеспечивающая внутриклеточное восстановление генетических структур, и апоптоз, обусловливающий поддержание баланса между делением и гибелью клеток и элиминацию аберрантных клеточных форм и инфицированных клеток. В то же время показано, что цитогенетические повреждения и дисфункция ДНК-репаративной системы могут служить своего рода индукторами апоптоза [Суханова Г.А., Акбашева О.Е., 2006; Camenisch U., Naegeli H., 2009].
Выяснение путей запуска и молекулярных механизмов дизрегуляции запрограммированной гибели отдельных клеток в многоклеточном организме является одной из нерешенных задач медико-биологических наук. Актуальность этой проблемы определяется тем, что срыв (угнетение или, наоборот, усиление) апоптозной программы в организме обусловливает развитие и прогрессирование ряда заболеваний, в том числе инфекционных. Так, например, установлено, что дефект Fas-индуцированного апоптоза моноцитов/макрофагов и стимуляция экспрессии на макрофагальных клетках антиапоптозного гена bcl-2 при туберкулезе являются ключевыми факторами латентной микобактериальной инфекции [Hirsch C.S. et al., 2005; Mustafa T., 2007, 2008]. Вместе с тем, многие вопросы относительно дизрегуляторных нарушений естественной гибели клеток и участия апоптоза в патогенезе иммунной дестабилизации при туберкулезном процессе остаются открытыми. До сих пор нет патогенетического обоснования роли перекисного окисления липидов, антиоксидантной защиты и ионного дисбаланса в реализации апоптозных потенций иммуноцитов и формировании бактериальной иммунорезистентности при туберкулезе.
В свете изложенного представляется важным изучение молекулярно-биологических механизмов, определяющих развитие и характер течения туберкулезного процесса. Это, несомненно, расширит имеющиеся фундаментальные представления о патогенезе туберкулезной инфекции и, возможно, послужит основой для создания более совершенных методов диагностики и прогнозирования туберкулеза, выявления групп риска по развитию тяжелых прогрессирующих форм заболевания, а также для разработки более эффективных методов профилактики и коррекции иммунопатологических изменений, сопровождающих туберкулез и противотуберкулезные мероприятия.
Цель исследования: выявить общие закономерности и факторы модуляции апоптоза лимфоцитов и моноцитов периферической крови при лекарственно-чувствительном и лекарственно-резистентном туберкулезе легких до и в условиях противотуберкулезной химиотерапии.
Задачи исследования:
-
Оценить уровень апоптоза мононуклеаров периферической крови у больных 18-55 лет с распространенным деструктивным лекарственно-чувствительным и лекарственно-устойчивым туберкулезом легких (инфильтративным, диссеминированным, фиброзно-кавернозным туберкулезом легких и казеозной пневмонией).
-
Оценить роль нарушений макро- и микроэлементного состава, цитогенетического статуса, структурных свойств мембраны, перекисного окисления липидов в индукции апоптоза лимфоцитов и моноцитов крови при туберкулезе легких.
-
Провести сравнительную оценку апоптоз-модулирующих факторов мононуклеарных лейкоцитов периферической крови у больных легочным туберкулезом (лекарственно-чувствительным и лекарственно-устойчивым инфильтративным, диссеминированным, фиброзно-кавернозным туберкулезом легких и казеозной пневмонией) и у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких.
-
Установить патогенетические факторы индукции апоптоза мононуклеаров периферической крови при отдельных клинических формах лекарственно-чувствительного и лекарственно-устойчивого туберкулеза легких до и в процессе противотуберкулезной полихимиотерапии.
Научная новизна. Проведена комплексная оценка апоптоза лимфоцитов и моноцитов периферической крови у больных с различными клиническими формами (инфильтративный, диссеминированный, фиброзно-кавернозный, казеозная пневмония) распространенного деструктивного туберкулеза легких в связи с чувствительностью возбудителя к терапии до начала лечения и на фоне проведения противотуберкулезной химиотерапии. Установлено, что течение распространенного деструктивного лекарственно-чувствительного и лекарственно-устойчивого туберкулеза легких сопровождается активацией спонтанного и Н2О2-индуцированного апоптоза лимфоцитов и моноцитов крови, уровень которого после курса интенсивной противотуберкулезной терапии становится еще выше, а после курса поддерживающей химиотерапии проявляет тенденцию к нормализации. При этом уровень апоптоза мононуклеарных лейкоцитов наиболее значителен при инфильтративной и фиброзно-кавернозной формах лекарственно-чувствительного (в лимфоцитах) и лекарственно-резистентного (в моноцитах) туберкулеза легких, в то время как при казеозной пневмонии имеет наименее выраженный характер. Охарактеризована роль нарушений цитогенетического статуса, структурной организации мембраны и макро- и микроэлементного состава (Ca2+, Na+, Fe2+, Mg2+, Al3+, Cu2+, Zn2+, Mn2+) клеток и плазмы в модуляции апоптоза мононуклеарных лейкоцитов крови при туберкулезе легких до и на фоне противотуберкулезной терапии. Установлены дифференциальные факторы индукции апоптоза лимфоцитов и моноцитов крови. Наиболее значимыми из них при лекарственно-чувствительном туберкулезе легких оказались увеличение числа предуготовленных к апоптозу СD95+-клеток, хромосомные аберрации на фоне подавления ДНК-репарации (как фактор апоптоза лимфоцитов), повышение текучести мембраны и изменения макро- и микроэлементного состава клеток и плазмы (как фактор апоптоза моноцитов); при лекарственно-резистентном туберкулезе легких – нарушения липидного спектра мембраны и катионного состава внутриклеточной среды и плазмы. По результатам исследования сделано предположение о том, что апоптоз мононуклеарных лейкоцитов крови может быть реализован по Fas-опосредованному, а также (в связи с накоплением в клетках кальция) митохондриальному и церамид-опосредованому механизмам. Показано, что спектр факторов активации апоптоза при туберкулезе легких существенно отличается от такового при хронической обструктивной болезни легких; при этом перекисное окисление липидов опосредует повышенный уровень апоптоза мононуклеарных лейкоцитов при лекарственно-чувствительном туберкулезе легких и не оказывает апоптогенный эффект при множественной лекарственной резистентности. Установлено, что на фоне специфической противотуберкулезной терапии спектр апоптоз-стимулирующих факторов варьирует, выраженность составляющих его изменений (равно как и непосредственно уровень активации апоптоза) возрастает после интенсивного курса лечения, в то время как после завершения фазы поддерживающей терапии уровень гибели клеток проявляет тенденцию к нормализации.
Практическое и теоретическое значение работы. Полученные данные расширяют существующие фундаментальные знания о роли апоптоза в иммунопатогенезе туберкулезной инфекции, факторах активации программированной гибели лимфоцитов и моноцитов периферической крови у больных туберкулезом легких. Результаты исследования могут служить основой новых методологических подходов к иммунокоррекции, направленной на повышение жизнеспособности и регуляцию численности клеток крови, формирующих реакции доиммунного воспаления (моноциты) и адаптивного противотуберкулезного иммунитета (лимфоциты), а также быть использованы в качестве информативных критериев для оценки прогнозирования течения и исхода заболевания. Это позволит проводить своевременную профилактику осложнений легочного туберкулеза, в том числе вызванных иммунотоксическим действием применяемых в терапии туберкулеза фармакологических средств.
Положения, выносимые на защиту:
-
Течение туберкулеза легких сопровождается активацией апоптоза лимфоцитов и моноцитов периферической крови. Степень выраженности и спектр факторов индукции программированной гибели клеток зависят от клинической формы заболевания. При этом они наиболее значительны при инфильтративной и фиброзно-кавернозной формах лекарственно-чувствительного и лекарственно-резистентного туберкулеза легких, в то время как при казеозной пневмонии являются минимальными.
-
К общим факторам индукции апоптоза лимфоцитов и моноцитов крови при туберкулезе легких относятся повышенное содержание холестерина и фасфатидилинозитола в клеточной мембране в сочетании с уменьшением микровязкости ее липидного бислоя, а также увеличение внутриклеточной концентрации Ca2+, Al3+ и (при снижении содержания в плазме) Mg2+, Cu2+. При этом степень активности апоптоза моноцитарных клеток в связи со стимуляцией эксцизионной ДНК-репарации ниже, чем уровень программированной гибели лимфоцитов.
-
При лекарственно-чувствительном туберкулезе, наряду с активацией перекисного окисления липидов, в структуре апоптогенных факторов лимфоцитов превалируют гиперэкспрессия CD95/Fas на фоне повышения количества хромосомных аберраций и подавления ДНК-репарации в клетках, а в числе факторов апоптоза моноцитов – повышение текучести мембраны и изменения внутриклеточной и плазменной концентрации макро- (Na+, Mg2+) и микроэлементов (Al3+, Cu2+). При лекарственно-резистентном туберкулезе апоптоз лимфоцитов и моноцитов индуцируют нарушения липидного спектра мембраны (увеличение концентрации холестерина и легкоокисляемых фракций липидов) и катионного (Fe2+, Na+, Mg2+, Cu2+) состава клеток и плазмы крови.
-
К факторам модуляции апоптоза мононуклеарных лейкоцитов крови, отличающим специфическую (туберкулез) и неспецифическую (хроническая обструктивная болезнь) патологию легких, относятся сопровождающие течение туберкулезного воспаления хромосомные аберрации (обмены, разрывы), изменения активности ДНК-репарации (подавление в лимфоцитах и стимуляция в моноцитах), катионного состава и повышение содержания холестерина в мембране клеток.
-
В условиях интенсивной противотуберкулезной терапии усиление апоптоза мононуклеарных лейкоцитов обусловлено более выраженными (чем до лечения) перестройками их клеточной мембраны, повышением активности перекисного окисления липидов, а также (в направлении гибели лимфоцитов) числа хромосомных аберраций и концентрации макро- и микроэлементов (Fe2+, Al3+, Cu2+, Mg2+ в клетках и Ca2+, Na+ в клетках и плазме). При этом после курса поддерживающей химиотерапии восстановление активности процессов липопероксидации и ДНК-репарации, структуры и катионного состава клеток и плазмы определяет тенденцию к нормализации апоптоза лимфоцитов и моноцитов крови.
Реализация и апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию противотуберкулезной службы Томской области, 75-летию кафедры фтизиатрии и пульмонологии СибГМУ «Проблемы туберкулеза и современные пути их решения» (Томск, 2004), Третьем Российском конгрессе по патофизиологии «Дизрегуляционная патология органов и систем» (Москва, 2004), Всероссийской конференции «Компенсаторно-приспособительные процессы: фундаментальные, экологические и клинические аспекты» (Новосибирск, 2004), Международной научной конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере» (Сургут, 2004), Межгородской конференции молодых ученых «Актуальные проблемы патофизиологии» (Санкт-Петербург, 2005), VI конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2005), Межгородской конференции молодых ученых «Актуальные проблемы патофизиологии» (Санкт-Петербург, 2005), IV Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых и студентов по медицине (Тула, 2005), VII конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2006), XIII Российском научном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2006), Второй международной Германо-Российской конференции Форума им. Коха и Мечникова «Туберкулез, СПИД, вирусные гепатиты, проблемы безопасности крови и менеджмент в здравоохранении» (Томск, 2007), Internationaler Kongress Fachmesse: moderne aspekte der prophylaxe, behandlung und rehabilitation (Ганновер, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы патогенеза типовых патологических процессов» (Новосибирск, 2009), научных семинарах кафедр патофизиологии, фтизиатрии и пульмонологии ГОУ ВПО СибГМУ Росздрава (Томск, 2003-2009).
Результаты исследования используются в курсе лекций по патологической физиологии (разделы «Патофизиология клетки», «Патофизиология иммунитета», «Патофизиология системы крови», «Воспаление») и фтизиатрии (раздел «Иммунитет и аллергия при туберкулезе») на лечебном и педиатрическом факультетах ГОУ ВПО СибГМУ Росздрава.
Исследования проведены при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям РФ (ГК №02.445.11.7419 «Молекулярные и клеточные основы управления реактивностью системы крови при актуальных заболеваниях инфекционной природы»; ГК №02.412.11.2040 «Молекулярные основы персонализированной терапии социально-значимых инфекционных заболеваний и прогнозирование исхода взаимодействия инфектогена и иммунной системы макроорганизма») и Совета по грантам при Президенте РФ (НШ-1051.2003.04 «Молекулярные механизмы нарушений структуры, метаболизма и функций клеток крови при патологии»; НШ-4153.2006.7 «Молекулярные основы нарушения гомеостаза клеток крови при актуальных заболеваниях инфекционной и неинфекционной природы»).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 29 работ, из них 12 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 366 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа иллюстрирована 12 рисунками и 96 таблицами. Библиографический указатель включает 382 источника, из них 225 отечественных и 157 зарубежных авторов.
