Введение к работе
Актуальность проблемы
Бронхиальная астма (БА) и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) относятся к социально значимым заболеваниям, распространенность которых неуклонно растет [Чучалин А.Г., 2007]. Согласно прогнозу ВОЗ, до 2020 года ожидается дальнейший рост числа больных БА и ХОБЛ [Murray C.J., 1996; Чучалин А.Г., 2004], что обусловлено высокой распространенностью табакокурения [GATS, 2009], загрязнением окружающей среды [Боев В.М., 1999; Delfino R.J., 2002] и повторяющимися инфекциями респираторного тракта [Rubin В.К. et al., 2011].
Многие ученые справедливо предполагают, что имеющиеся официальные статистические данные не отражают истинной распространенности БА и ХОБЛ, которая в действительности значительно выше. По всей видимости, это обусловлено недостаточным выявлением БА и ХОБЛ среди населения. Гиподиагностика БА и ХОБЛ является международной проблемой [Черняк Б.А., 2008; Patel S.P., 2008; Hill К. et al., 2010].
Не менее актуальной является проблема дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ. В соответствии с международными консенсусами диагноз БА и ХОБЛ основан на наличии характерных симптомов и изменении функции внешнего дыхания [Rabe K.F. et al., 2007; Bateman E.D. et al., 2008]. Однако сходные клинические проявления могут быть отмечены при обоих заболеваниях [Guerra S., 2005; Decramer М. et al., 2005], а обратимая бронхиальная обструкция определяется не только у пациентов с БА, но и у больных ХОБЛ [Fabbri L.M. et al., 2003; Richter D.C. et al., 2008]. Дифференциальная диагностика БА и ХОБЛ чрезвычайно важна из-за различий в показателях заболеваемости и смертности, в клиническом исходе, подходах к терапии. Традиционные методы обследования не всегда позволяют отличить пациентов с БА и ХОБЛ. Особенно диагностика затруднена в период обострения заболевания, когда проведение провокационных тестов противопоказано.
Большие надежды в медицинской диагностике различных заболеваний связывают с анализом уже известных и поиском новых биомаркеров. К биомаркерам относятся биологические молекулы, которые содержатся в различных биологических жидкостях (кровь, моча, цереброспинальная жидкость и др.), в тканях и являются признаком нормального или патологического процесса в организме. Новыми и интенсивно развивающими направлениями современной науки являются постгеномные технологии: геномика, протеомика, транскриптомика, метаболомика [Nicholson J.K., 2006; Бельков В.В., 2007]. Метаболомика имеет преимущества перед другими технологиями в отношении медицинской диагностики, выявлении биомаркеров заболеваний, так как профиль метаболитов является наиболее информативной характеристикой фенотипа и
отражает физиологические и патофизиологические процессы, протекающие в организме, инициируемые как внутренними, так и внешними факторами [Beecher C.W.W., 2003; DettmerK., 2007].
Идеальным биологическим образцом для анализа метаболизма в легких может служить конденсат выдыхаемого воздуха (КВВ). Известно, что КВВ отражает состав жидкости, покрывающей нижние дыхательные пути, которая содержит как летучие, так и нелетучие вещества [Анаев Э.Х., Чучалин А.Г., 2002]. Анализ КВВ позволяет получать углубленные представления о состоянии метаболических процессов в нижних отделах респираторного тракта и их роли в патогенезе легочных заболеваний [Хасина М.А. и соавт., 2008]. Сбор КВВ не оказывает влияния на состав получаемого образца и функцию легких, с легкостью воспроизводим у детей и пациентов с тяжелой ДН [Horvath I. et al., 2005; Borrill Z.L. et al., 2008]. Низкие концентрации веществ в КВВ долгое время ограничивали применение этого метода в медицинской практике. Прогресс масс-спектрометрической техники позволил определять сотни тысяч различных химических соединений в КВВ в ультранизких концентрациях [Moser В. et al., 2005].
Разные механизмы воспалительного процесса при БА и ХОБЛ приводят к продукции различных метаболитов, которые могут быть определены в выдыхаемом воздухе и КВВ методами аналитической химии. Это создает предпосылки для использования этих методов в диагностике и поиске новых биомаркеров обструктивных заболеваний. Предполагают, что анализ среднелетучих органических соединений (СлОС), сконцентрированных в КВВ, может лучше отражать состав эндогенных выдыхаемых органических соединений по сравнению с анализом выдыхаемого воздуха [Родионов А.А. и соавт., 2007].
Цель исследования:
Исследовать возможность применения анализа среднелетучих метаболитов в КВВ для диагностики БА и ХОБЛ.
Задачи исследования:
-
Определить среднелетучие метаболиты, содержащиеся в КВВ, и сравнить их состав и содержание у здоровых добровольцев, больных БА и ХОБЛ.
-
Изучить взаимосвязи различных среднелетучих метаболитов в КВВ с клиническими и функциональными показателями у больных БА и ХОБЛ.
-
Выявить среднелетучие метаболиты в КВВ, которые могут быть потенциальными биомаркерами БА и ХОБЛ.
4. Оценить возможность применения анализа профилей среднелетучих метаболитов в КВВ для диагностики БА и ХОБЛ.
Научная новизна
В представленной работе впервые:
- В КВВ здоровых добровольцев, больных БА и ХОБЛ обнаружены в ультранизкой
концентрации 0.1-10 ppb экзогенные и эндогенные среднелетучие метаболиты, относящие
к различным классам органических химических соединений: насыщенные жирные
кислоты (НЖК), эфиры спирты, кетоны, фенолы, углеводороды.
Выявлены изменения содержания среднелетучих метаболитов в КВВ при обструктивной патологии легких: снижение содержания пальмитиновой кислоты, стеариновой кислоты в КВВ при БА и повышение содержания хинолина в КВВ при ХОБЛ по сравнению со здоровыми добровольцами.
Выявлены различия качественного и количественного состава среднелетучих метаболитов в КВВ при патологии легких: при БА по сравнению с ХОБЛ снижено содержание тексанола, чаще встречается ундециловая кислота, 2-феноксиэтанол и реже -деканол.
- Установлено, что у больных ХОБЛ экспрессия НЖК в КВВ коррелирует с клиническими симптомами (суммарным баллом шкалы симптомов по Paggiaro P.L., 1998; одышкой по шкале MRC), физикальными данными (ЧДД, ЧСС), показателями газообмена (рСОг, НСОз" артериальной крови), СДЛА и имеет обратную взаимосвязь с Sp02, ФЖЕЛ.
Выявлено, что у больных БА экспрессия НЖК в КВВ обратно взаимосвязана с показателями ФВД (ОФВ), ФЖЕЛ и индексом Тиффно).
Установлено, что распознавание здоровых, больных БА и ХОБЛ по профилю среднелетучих метаболитов в КВВ возможно с точностью 75-83%.
- Выявлены среднелетучие метаболиты (инданон, деканол, этил цитрат, 2-
феноксиэтанол, S2, S3, S5, S7, S9), которые являются потенциальными биомаркерами БА
и ХОБЛ.
- Разработан математический метод дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ,
основанный на анализе профилей среднелетучих метаболитов в КВВ.
Практическая значимость
Исследование профиля среднелетучих метаболитов в КВВ - неинвазивный метод оценки состояния метаболических процессов в дыхательных путях в норме и при патологии легких.
Использование среднелетучих метаболитов в КВВ в качестве вспомогательных диагностических критериев БА и ХОБЛ позволит более точно проводить диагностику этих заболеваний и своевременно назначить патогенетическую терапию.
Полученные данные о взаимосвязи содержания среднелетучих метаболитов в КВВ с показателями ФВД можно использовать для оценки нарушений вентиляционной функции легких у пациентов, которые не могут выполнить форсированные дыхательные маневры.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Патологический процесс в дыхательных путях при БА и ХОБЛ сопровождается изменением в КВВ состава и содержания среднелетучих метаболитов, которые можно отнести к новым биомаркерам этих заболеваний.
-
Экспрессия среднелетучих метаболитов в КВВ связана с клиническими симптомами и функциональными показателями у больных БА и ХОБЛ.
-
Анализ профилей среднелетучих метаболитов в КВВ и использование линейных методов теории распознавания образов позволяют проводить дифференциальную диагностику БА и ХОБЛ.
Связь работы с научными программами
Исследование выполнено в соответствии с планом научно-исследовательской работы ФГУ «НИИ пульмонологии» ФМБА России (номер государственной регистрации темы 01201168288).
Внедрение в практику здравоохранения
Исследование профилей среднелетучих метаболитов в КВВ внедрено в качестве дополнительного метода диагностики БА и ХОБЛ в пульмонологическом и аллергологическом отделениях ГБУЗ «ГКБ № 57 ДЗМ» г. Москвы. Материалы исследования включены в лекционный курс кафедры пульмонологии ФУВ ГБОУ ВПО РНИМУ имени Н.И. Пирогова Минздравсоцразвития (бывший РГМУ).
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы, материалы исследования были представлены и всесторонне обсуждены на:
XVII, XIX Национальных конгрессах по болезням органов дыхания (Казань, 2007; Москва, 2009), работа была удостоена первого места на конкурсе «Молодых ученых» (Москва, 2009);
XVIII, XIX, XX, XXI ежегодных конгрессах Европейского респираторного общества (Берлин, 2008; Вена, 2009; Барселона, 2010; Амстердам, 2011);
51-м конгрессе Германского общества пульмонологов (Ганновер, 2010);
I, II, III Научно-практической конференции «Актуальные вопросы респираторной медицины» (Москва, 2009-2011);
совместной научной конференции ФГУ «НИИ пульмонологии» ФМБА России и МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва, 2010);
совместном заседании Ученого совета ФГУ «НИИ пульмонологии» ФМБА России и кафедры госпитальной терапии педиатрического факультета ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздравсоцразвития (Москва, январь 2012).
Публикации по теме диссертации
По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Объем и структура диссертации
![Неинвазивные методы оценки воспаления в бронхах при бронхиальной астме и хронической обструктивной болезни легких [Электронный ресурс]](/i/i/4359/203421.png "Неинвазивные методы оценки воспаления в бронхах при бронхиальной астме и хронической обструктивной болезни легких [Электронный ресурс] Боярко Валентина Владимировна")
![Клинико-диагностическое значение туссографии и спектральной туссофонобарографии у больных бронхиальной астмой и гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью [Электронный ресурс]](/i/i/4307/203132.png "Клинико-диагностическое значение туссографии и спектральной туссофонобарографии у больных бронхиальной астмой и гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью [Электронный ресурс] Овсянников Евгений Сергеевич")
