Наиболее распространенными воспалительными заболеваниями дыхательных путей являются бронхиальная астма (БА) и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) [1, 2]. Участниками воспаления при ХОБЛ и БА выступают многие факторы – нейтрофилы, Т-лимфоциты, альвеолярные макрофаги, тучные клетки, свободные радикалы кислорода, цитокины, хемокины, протеазы и др. [1, 2]. Природа воспалительной реакции и механизмы обструкции ХОБЛ и БА заметно отличаются друг от друга: при БА воспаление эозинофильного характера и контролируется CD4+ лимфоцитами, при ХОБЛ в воспалительный процесс вовлекаются нейтрофилы, макрофаги и CD8+ лимфоциты [4]. Однако несмотря на явные различия в самом паттерне воспаления, БА и ХОБЛ имеют некоторые общие черты в клинических проявлениях, подходах к профилактике и лечению, что подразумевает схожий патогенетический механизм детерминации, как иммунных осложнений, так и метаболических сдвигов.

Важное место в клеточно-молекулярных механизмах регуляции воспалительной реакции при БА и ХОБЛ отводится полиненасыщенным жирным кислотам (ПНЖК) и их биологически активным оксипроизводным (эйкозаноиды, проразрешающие медиаторы), проявляющим широкий спектр биологической активности [9, 10]. Эйкозаноиды локально регулируют функции эндотелия, гладкомышечных клеток, реакцию вазодилатации, агрегацию тромбоцитов, микроциркуляцию и воспаление [3, 11]. Появились данные о новых эндогенных специализированных проразрешающих медиаторах – производных эйкозапентаеновой, докозагексаеновой кислот – резолвинов, маресинов, протектинов, липоксинов [8]. Предполагается, что эти медиаторы играют ключевую роль в сдерживании и разрешении воспаления.

Известно, что в патогенезе БА большое значение отводится цистеиновым лейкотриенам и простагландину D2, которые являются мощными бронхоконстрикторами, вызывают гиперреактивность и отек бронхов, изменяют секрецию слизи, участвуют в привлечении Th2-клеток в дыхательные пути [2]. Значение метаболитов ПНЖК в механизме развития ХОБЛ менее изучено [9, 12]. Считается, что гиперсекреция слизи при ХОБЛ является результатом стимуляции лейкотриенами секретирующих клеток. В тоже время неактивность тучных клеток, главных продуцентов эйкозаноидов, является причиной отсутствия бронхоспазма [6]. Основным поставщиком жирных кислот для тканей и клеток являются свободные жирные кислоты (СЖК) плазмы крови. Липидный состава диеты, изменение процессов липолиза, транспорта липидов может серьезным образом сказаться на тканевом и клеточном гомеостазе ПНЖК, биосинтезе эйкозаноидов и проразрешающих медиаторов. В свою очередь дисбаланс синтеза биологически активных оксипроизводных ПНЖК инициирует патогенетические механизмы развития и прогрессирования воспалительных процессов, бронхообструкции [5, 12]. Нарушение состава ЖК в плазме и клетке, а также их метаболизма может являться важным фактором нарушения регуляторных механизмов воспалительного процесса, развития и прогрессирования БА и ХОБЛ.

Цель работы: изучить метаболические превращения жирных кислот у больных БА и ХОБЛ в период клинической ремиссии по характеру модификации состава свободных жирных кислот (СЖК) плазмы крови и ЖК мембран эритроцитов; установить значение жирных кислот в механизме развития воспалительной реакции при хронических заболеваниях легких.

Материалы и методы исследования

В исследовании приняли участие 65 человек, из них 45 пациентов с заболеваниями бронхолегочной системы (21 муж. и 13 жен.) в возрасте 23–57 лет (37,4 ± 2,3 лет), в том числе 25 пациентов с контролируемой БА легкой степени тяжести, принимавших базисную терапию; 20 больных ХОБЛ легкой степени стабильного течения. Обследование пациентов проводили после подписания информированного согласия и в соответствии со стандартами Хельсинкской декларации (2008). Заболевания диагностировали на основании анамнестических данных, объективного осмотра, лабораторных исследований, спирометрии с выполнением бронхолитического теста (спирограф «FUKUDA», Япония) и результатов тестов САТ, ACQ-5. Диагноз ХОБЛ выставляли согласно Глобальной стратегии: диагностика, лечение и профилактика ХОБЛ (GOLD 2011), диагноз БА – Глобальной стратегии лечения и профилактики БА (GINA 2011) [1, 2]. В контрольную группу вошли 20 здоровых добровольцев в возрасте 23–55 лет (32,2 ± 8,2 лет), не курящих и никогда не куривших, без отягощенного аллергического анамнеза. У пациентов с контролируемой БА определялись нормальные значения показателя объема форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ₁, 96,60 ± 5,77 % от должного), пиковой скорости выдоха (ПСВ, 89,00 ± 2,1 % от должного), постбронходилятационный прирост ОФВ1 составил 100,0 мл и 8,8 %, ACQ-5 тест = 0,5 баллов. У пациентов с ХОБЛ легкой степени тяжести определялось снижение постбронходилятационного показателя ОФВ₁/ФЖЕЛ (0,65 ± 0,03), ОФВ₁ составил 88,4 ± 3,38 % от должного, результат теста САТ 8 баллов. Критериями исключения являлись наличие профессиональных заболеваний бронхолегочной системы, сердечно-сосудистых заболеваний (ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь) и их осложнений, сахарного диабета, заболеваний щитовидной железы, острых патологических состояний и обострений хронических болезней.

Характер воспалительного процесса оценивали по состоянию клеточного иммунитета, уровню секреции цитокинов, иммуноглобулина Е (IgE) в сыворотке крови. Параметры клеточного иммунитета определяли методом проточной цитофлуориметрии с использованием набора «BD Multitest 6-color TBNK» (BD, USA). Цитокиновый профиль (фактор некроза опухоли-α (TNF-α), интерлейкин-4 (IL-4), интерферон гамма (IFN-γ)) исследовали методом проточной цитометрии на цитометре «Facscanto II» (тест-системы фирмы BD, USA). Уровень общего IgE в сыворотке крови определяли иммуноферментным методом с использованием набора фирмы «ХемаМедика».

Мембраны эритроцитов получали путем гемолиза клеток дистиллированной водой и центрифугированием 15 мин при 14000 об/мин в растворе PBS с трехкратным промыванием. Липиды из плазмы крови и мембран эритроцитов экстрагировали по методу Блайя и Дайера [9]. Метиловые эфиры ЖК получали по методу Карро и Дюбак, анализировали на газожидкостном хроматографе Shimadzu GC-2010 (Япония) с пламенно-ионизационным детектором. Идентификацию пиков проводили по значениям эквивалентной длины цепи. Результаты выражали в процентах от суммы ЖК.

Для анализа полученных данных использовалась прикладная программа «Statistiсa», версия 6,1 (серия 1203С для Windows). Статистическую значимость различий средних величин определяли по t-критерию Стьюдента.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ иммунологических показателей больных БА и ХОБЛ выявил наличие различного характера нарушений во всех звеньях иммунной системы, несмотря на клиническую ремиссию (табл. 1). У пациентов с БА наблюдалось угнетение Т-клеточного звена иммунитета и продукции IFN-γ, повышение уровня TNF-α и IL-4, что свидетельствует о сохранении воспалительного процесса в период ремиссии за счет поддержания активированного Th2 типа иммунного ответа. У больных ХОБЛ, напротив, выявили активацию Т-клеточного звена иммунитета по Th1 типу, на фоне истощения функциональной активности В-лимфоцитов, повышения экспрессии TNF-α и IFN-γ при низких показателях противовоспалительного цитокина – IL-4. Полученные результаты исследования показали, что формирование персистирующего воспаления при БА и ХОБЛ происходит в результате нарушения разных регуляторных механизмов иммунного ответа. Течение системного воспаления в период ремиссии при БА продолжается по Th2 типу иммунного ответа, при ХОБЛ – по Th1 пути иммунной регуляции.

Определяющее значение в регуляции персистенции и разрешения воспалительного процесса при заболеваниях бронхолегочной системы выполняют жирные кислоты и их метаболиты [5, 8, 10, 12]. В данном исследовании метаболические превращения жирных кислот оценивали по характеру модификации СЖК плазмы крови, ЖК эритроцитов больных БА и ХОБЛ.

У пациентов с БА результаты исследования показали существенные различия в содержании полиненасыщенных СЖК плазмы крови по сравнению с группой контроля (табл. 2, значение показателей СЖК отмечено в числителе). Выявлено уменьшение содержания α-линоленовой кислоты (18:3n-3) на фоне повышения доли n-6 ПНЖК: дигомо-γ-линолевой (20:3n-6), арахидоновой (20:4n-6) и ее метаболитов – докозатетраеновой (22:4n-6) и докозапентаеновой (22:5n-6). Среди n-3 ПНЖК показано накопление эйкозапентаеновой ЖК (20:5n-3). В группе больных ХОБЛ изменение содержания n-6 ПНЖК имело ту же направленность, что и у пациентов с БА (увеличение доли 20:3n-6, 20:4n-6, 22:4n-6). Однако, в отличие от пациентов с БА у больных ХОБЛ отмечено уменьшение 20:5n-3 и 22:6n-3.

Таблица 1

Показатели иммунного статуса у больных ХОБЛ и БА

Примечание. Здесь и в табл. 2, 3 * – cлева статистическая значимость различий относительно контрольной группы, справа – относительно группы пациентов с БА: * – р < 0,05; ** – р < 0,01; *** – р < 0,001.

Таблица 2

Полиненасыщенные жирные кислоты плазмы крови и мембран эритроцитов больных БА и ХОБЛ

Примечание. В числителе – СЖК плазмы крови, в знаменателе – ЖК мембран эритроцитов.

Анализ количественного состава ЖК липидов мембран эритроцитов пациентов с БА выявил снижение уровня эссенциальной линолевой (18:2n-6) и α-линоленовой (18:3n-3) кислот (табл. 2, значение показателей ЖК мембран эритроцитов отмечено в знаменателе). У больных БА отмечалось увеличение содержания арахидоновой кислоты (20:4n-6) по сравнению с группой здоровых лиц. Тогда как доля основного антагониста арахидоновой ЖК – эйкозапентаеной кислоты (20:5n-3), напротив, снижалась в 1,6 раза относительно контрольной группы. У больных ХОБЛ показана модификация состава жирных кислот мембран эритроцитов, характеризующаяся увеличение содержания n-6 ПНЖК (20:4n-6, 22:4n-6), дефицитом n-3 кислот (20:5n-3, 22:5n-3).

Полученные результаты исследования выявили однонаправленные изменения состава ПНЖК в плазме крови и мембране эритроцитов у больных БА и ХОБЛ: это увеличение биосинтеза арахидоновой кислоты (20:4n-6) и ее метаболитов (22:4n-6, 22:5n-6), являющихся также субстратами для образования провоспалительных и бронхоконстрикторных эйкозаноидов 2-й и 4-й серии; истощение пула n-3 ПНЖК (18:3n-3, 20:5n-3, 22:5n-3, 22:6n-3) – предшественников противовоспалительных эйкозаноидов 3-й и 5-й серии, проразрешающих медиаторов.

Учитывая, что одной из реальных причин модификации состава ПНЖК при патологических состояниях является нарушение метаболизма последних, проанализированы показатели их превращений у больных ХОБЛ и БА. Использованы соотношения индивидуальных ПНЖК для характеристики активности ферментов элонгаз и десатураз, а также показатели взаимоотношений двух семейств ПНЖК – n-6 и n-3, отражающие дисбаланс в эйкозаноидном цикле [7]. Показано, что у больных ХОБЛ происходит увеличение соотношения 20:4n-6/20:3n-6, что косвенно указывает на активацию D5-десатуразы и интенсификацию биосинтеза субстрата для образования эйкозаноидов 2-й и 4-й серии (табл. 3). Выявлен рост соотношения 20:4n-6/20:5n-3 у пациентов БА и ХОБЛ – показателя, характеризующего взаимосвязь между предшественником синтеза эйкозаноидов к ингибитору их образования. Увеличение данных параметров является признаком нарушения метаболизма ПНЖК и оксилипинов. О нарушении в метаболизме n-3 ПНЖК, простаноидов 3-й серии, лейкотриенов 5-й серии свидетельствует снижение соотношений 20:5n-3/22:5n-3 и (20:3n-6+20:5n-3)/22:6n-3, как у пациентов с БА, так и больных ХОБЛ.

Таблица 3

Показатели метаболических превращений жирных кислот мембраны эритроцитов у пациентов с ХОБЛ и БА, М±m

Обобщая результаты исследования, можно заключить, что при БА и ХОБЛ хроническое воспаление сопровождается сходными изменениям состава жирных кислот – накоплением арахидоновой, истощением пула эйкозапентаеновой кислоты. Известно, что при БА усиливается синтез арахидоновой кислоты, что приводит к ее увеличению в клеточных мембранах [10]. Нами впервые показано, что и при ХОБЛ ключевым механизмом поддержания воспалительного процесса является увеличение образования субстрата для синтеза провоспалительных оксилипинов при одновременной ферментативной блокаде превращения n-3 ПНЖК. Активация метаболических превращений в ряду ЖК семейства n-6 при бронхолегочной патологии подтверждается истощением уровня 18:2n-6 на фоне увеличения синтеза 20:4n-6 и 22:4 n-6, повышения показателя 20:4n-6/20:3n-6.

Следовательно, при БА и ХОБЛ, несмотря на клиническую ремиссию, сохраняется воспалительный процесс, поддерживаемый, как показали результаты исследования, высоким содержанием n-6 полиненасыщенных жирных кислот. Повышенное содержание арахидоновой кислоты и ее метаболитов в мембране эритроцитов у обследованных лиц с хронической патологией бронхолегочной системы свидетельствует об увеличении субстрата для образования медиаторов воспаления (лейкотриен В4), бронхоспазма (простагландин D2, тромбоксан В2). В пользу этого объяснения свидетельствуют полученные ранее нами данные о повышении содержания провоспалительных эйкозаноидов – тромбоксана В2 и лейкотриена В4 у лиц с БА и ХОБЛ [4]. Установленные нарушения в метаболических превращениях ПНЖК у пациентов с БА и ХОБЛ указывают на единый универсальный механизм персистенции воспалительной реакции при хронических заболеваниях органов дыхания, обусловленный дисбалансом между про- и противовоспалительными, бронхоконстрикторными и бронходилатационными оксипроизводными ЖК.

Заключение

Проведенные исследования показали однонаправленные изменения состава полиненасыщенных жирных кислот плазмы крови и мембран эритроцитов у больных БА и ХОБЛ, несмотря на значительные различия в иммунных механизмах развития воспалительного процесса. Патогенетической основой модификации состава ПНЖК является нарушение их метаболизма, развивающегося вследствие конкурентного ингибирования биосинтеза n-3 ПНЖК с преобладанием образования n-6 полиеновых кислот и эйкозаноидов с выраженными провоспалительными, бронхоконстрикторными свойствами. Таким образом, важным звеном патогенеза хронических заболеваний бронхолегочной системы является нарушение метаболизма полиненасыщенных жирных кислот, детерминирующее дезорганизацию липидной компоненты клеточной мембраны, дисфункцию синтеза биологически активных эйкозаноидов и прорезолвинов, реорганизацию функционирования иммунной системы в сторону активации провоспалительных механизмов.