Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,578

EVALUATION OF ASSOCIATION BETWEEN SOME ANTIOXIDANT DEFENSE INDICES AND LEVEL OF OXIDATIVE STRESS AMONG PATIENTS WITH OCCUPATIONAL CHRONIC OBSTRUCTIVE PULMONARY DISEASE AT A STABLE STAGE

Rakhmanov R.S. 1 Strakhova L.A. 1 Blinova T.V. 1 Troshin V.V. 1 Sapozhnikova M.A. 1 Umnyagina I.A. 1
1 Nizhny Novgorod research institute for hygiene and occupational pathology
The authors analyzed integral indices of oxidative stress and antioxidant defense (total amount of peroxides and antioxidant capability of serum) and their particular components (malon dialdehyde, superoxidesmutase, glutathioneperoxidase, catalase and ceruloplasmin) in blood of patients with prolonged occupational chronic obstructive pulmonary disease at a stable stage. Researchers evaluated the changes of above mentioned indices depending on degree of obstructive pulmonary ventilation disturbances. It was found that integral indices had the most informativity and allowed to assess levels of oxidative stress and antioxidant defense depending on severity of disease. The obtained data can serve as the basis for development of methods for individual approach to correction of oxidant-antioxidant system in patients with occupational chronic obstructive pulmonary disease taking into consideration the severity of obstruction.
chronic obstructive pulmonary disease
stable stage
oxidative stress
antioxidant capability
superoxidesmutase
glutathioneperoxidase
catalase
ceruloplasmin

Известно, что важным патогенетическим звеном в развитии хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) являются нарушения в системе свободнорадикального окисления [5]. Легкие находятся под постоянным воздействием кислорода и его активных форм (АФК), которые в избытке обладают сильным деструктивным действием, нарушая структуру и функцию легких [6]. Эффект свободных радикалов еще более усиливается в условиях воздействия на организм работающих вредных химических и физических производственных факторов [2]. Положительный баланс в системе свободнорадикального окисления поддерживается антиоксидантной системой и, в частности, её ферментными компонентами. Вопросам окислительного стресса (ОС) при ХОБЛ профессиональной этиологии (ПЭ), посвящены исследования многих авторов [2, 5, 6]. .Однако дискуссионным остается вопрос о значимости отдельных показателей окислительного стресса и антиоксидантной защиты в оценке тяжести течения ХОБЛ ПЭ [9, 10]. Не до конца решен вопрос об информативности интегральных показателей ОС и антиоксидантной защиты организма при данном заболевании в его стабильной фазе.

В связи с вышеизложенным была проведена работа, целью которой явилась оценка информативности интегральных показателей ОС и антиоксидантной защиты и их отдельных компонентов в крови больных ХОБЛ ПЭ, вызванной воздействием кремнесодержащей пыли; установление связи изученных показателей с тяжестью обструктивных нарушений в легких.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования явились больные ХОБЛ ПЭ, находившиеся на плановом лечении в стационаре ФБУН «Нижегородского НИИ гигиены и профпатологии» Роспотребнадзора (n=166). Возраст пациентов составил 60,8±6,1 лет, длительность заболевания 15,5±5,1 года. Все обследуемые были бывшими работниками металлургического и машиностроительного производств, имели большой стаж работы (от 15 до 40 лет), длительный контакт с кремнеземной пылью (от 7 до 15 лет). Диагноз ХОБЛ ПЭ был поставлен на основании общепринятых критериев (рекомендации GOLD, 2014) [8]. Оценка степени тяжести обструктивных нарушений лёгочной вентиляции основывалась на критериях, рекомендованных Российским респираторным обществом по использованию спирометрии [7]. Больные были разделены на три группы по степени тяжести обструктивных нарушений легочной вентиляции. Группу сравнения составили практически здоровые по лабораторным показателям лица в возрасте 43,8±8,5 года, проходившие профилактические осмотры в поликлиническом отделении института (n=80). Критериями исключения из группы сравнения явились патология органов дыхания различного генеза, острые воспаления любой этиологии, а так же наличие контакта с промышленной пылью. Функция внешнего дыхания изучалась при помощи спирометра («Spirolab III S/N 3-2129).

Оценка ОС проведена по интегральному показателю – количеству пероксидов в сыворотке крови, и малоновому диальдегиду (МДА), который до сих пор широко применяется для оценки окислительного стресса [6]. Содержание МДА определяли колориметрическим методом с наборами реагентов «ТБК-АГАТ» (производство ООО «Агат-Мед», Россия) с использованием тиобарбитуровой кислоты. Для определения пероксидов были использованы наборы реагентов «PerOx (TOS/TOC) Kit» фирмы «Immundiagnostik» (Германия). Для оценки степени выраженности ОС использовались данные, рекомендованные производителями наборов: менее 180 мкмоль/л – низкий ОС; от 180 до 310 мкмоль/л – средний ОС; более 310 мкмоль/л – высокий ОС.

Для оценки состояния антиоксидантной системы в сыворотке крови определяли общую антиоксидантную способность сыворотки (АОС) с помощью набора реагентов «ImAnOx (TAS/TAC) Kit» фирмы «Immundiagnostik» (Германия). АОС выражалась в мкмоль разложившейся антиоксидантами перекиси на литр сыворотки и определялась по формуле с использованием стандарта. Для оценки АОС использовались данные, рекомендованные производителями наборов: менее 280 мкмоль/л – низкая АОС; от 280 до 320 мкмоль/л – средняя АОС; более 320 мкмоль/л – высокая АОС. Кроме того, была изучена активность ферментного звена антиоксидантной защиты организма: супероксиддисмутазы (СОД) эритроцитов – первой линии защиты от свободных радикалов, глютатионпероксидазы цельной крови (ГП) и каталазы сыворотки, нейтрализующих перекись водорода и липидные пероксиды. Активность СОД и ГП определяли с помощью набора реагентов «RANSOD Superoxidedismutase MANUAL RXMONZA» и «RANSEL Glutatione Peroxidase MANUAL RXMONZA» фирмы «RANDOX» (United Kingdom), активность каталазы – методом Королюк М.А. и др. [4] в нашей модификации. Содержание в сыворотке крови церулоплазмина (ЦП), обладающего выраженной оксидазной активностью, определяли методом Ревина [1].

Статистическая обработка полученных данных проводилась с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0 (StatsoftInc, USA). Все численные данные представлены, как М±δ. Достоверность различий количественных показателей между группами определялись при помощи критерия Манна-Уитни. Критический уровень значимости результатов исследования принимался при р<0,05. Корреляционные отношения между признаками определялись вычислением оценок коэффициента корреляции и коэффициентов регрессии.

Результаты исследования и их обсуждение

Среди больных ХОБЛ ПЭ основную долю составляли лица с тяжелой степенью обструктивных нарушений легочной вентиляции, наименьшую – со среднетяжелой степенью обструкции (табл. 1).

Таблица 1

Распределение больных ХОБЛ ПЭ по степени тяжести обструктивных нарушений легочной вентиляции

Степень тяжести

Показатель ОФВ1,

%должн

Частота выявления степени тяжести обструктивных нарушений, %

Легкая

> 70

31,9 %

Средне тяжёлая

50 – 59

24,6 %

Тяжёлая

35-49

43,5 %

Примечание. ОФВ1 – объём форсированного выдоха за 1-ю секунду.

Выявленная нами повышенная концентрация МДА свидетельствовала об избыточном образовании продуктов перекисного окисления липидов у больных ХОБЛ ПЭ. Так, у 80,5 % из них концентрация МДА в сыворотке крови превышала норму в 2-3 раза и составляла 2,96±0,85 мкмоль/л при 1,4±0,12 мкмоль/л у лиц группы сравнения (р=0,000). У 13,3 % концентрация МДА достигала 4,5–6,1 мкмоль/л. Достоверной зависимости концентрации МДА от степени выраженности обструктивных нарушений не было обнаружено, т.е. данный показатель не позволял охарактеризовать уровень ОС.

Активность каталазы в среднем на 11,5 %, и содержание церулоплазмина – на 19,0 % превышали уровень у лиц группы сравнения (43,5±14,2 против 38,5±7,8 мкмоль/л, р=0,031 для каталазы и 341,0 ±60,2 мг/л против 276±20,2 мг/л, р=0,001 для церулоплазмина). Вместе с тем, не было выявлено связи данных показателей с выраженностью обструктивных нарушений и МДА.

Анализ активности СОД и ГП у больных ХОБЛ ПЭ показал, что активность СОД и ГП была снижена соответственно у 40,3 % и 13,2 % больных. У 49 % активность СОД и 90 % активность ГП находилась в пределах референтных значений. У остальных активность ферментов была незначительно повышена (табл. 2).

Таблица 2

Величина активности СОД и ГП и частота ее изменения у больных ХОБЛ ПЭ в стабильной фазе болезни в зависимости от степени обструктивных нарушений легочной вентиляции.

Степень тяжести обструкции

СОД

ГП

Величина активности, Е/мл

Частота изменения активности, %

Величина активности, Е/л

Частота изменения активности, %

Норма

Ниже нормы

Выше нормы

Норма

Ниже нормы

Выше нормы

Легкая

(n=16)

178,2±13,7

66,3

25,0

8,7

7977,0±476,2

100

0

0

Средней степени

(n=12)

170,9±24,5

35,8

42,8

21,4

6552,0±478,1

81,9

13,6

4,5

Тяжелая

(n=22)

168,6±13,4

45,8

54,2

0

6206,2±531,6

87,5

12,5

0

Группа сравнения

(n=25)

191,0±24,3*

88,0 %

12,0 %

0

9598±814*

96,0 %

 

4,0 %

* – Средние величины СОД и ГП, определённые в лаборатории ФБУН ННИИ ГП Роспотребнадзора в крови условно здоровых лиц.

Средние величины активности СОД у больных ХОБЛ ПЭ колебались в пределах физиологической нормы (от 164,0 до 240,0 Е/мл). При рассмотрении величин СОД при различной степени обструкции было отмечено, что в группах больных со среднетяжелой и тяжелой степенью обструкции величина активности СОД была достоверно снижена относительно ее величины в группе сравнения (р=0,025; р=0,000). Однако зависимости активности фермента от тяжести обструктивных нарушений не было обнаружено. Выявлены различия в частоте изменений активности СОД: с усилением обструктивного процесса увеличивалась частота обнаружения низкой активности фермента. Почти у половины больных со среднетяжелой и тяжелой степенью обструкции активность СОД была снижена до 110,7±11,4 Е/мл (р=0,000), у 20 % больных активность фермента была повышена до 292,3±15,3 Е/мл (р=0,000). У остальной части (35,8 % и 45,8 %) активность СОД определялась в нормальных пределах.

Изменения активности ГП колебались в пределах референтных значений (от 4171 до 10880 Е/л). Во всех группах больных ГП была достоверно снижена относительно величины у лиц группы сравнения (р=0,002 при легкой степени обструкции; р=0,000 при среднетяжелой и тяжелой степени обструктивных нарушений). У отдельных пациентов активность ГП снижалась до 2583,0 – 1886,0 Е/л. Выявлялась тенденция к снижению средней величины ГП с увеличением степени обструкции.

Таким образом, разнонаправленные изменения активности антиоксидантных ферментов, хотя и свидетельствовали о дисбалансе в системе антиоксидантной защиты, однако они не позволяли судить о ее уровне.

Более информативным оказалось определение интегральных показателей ОС и антиоксидантной защиты – общего количества пероксидов и общей АОС сыворотки, которые позволили провести градацию уровней ОС и АОС. Полученные результаты показали, что общее количество пероксидов в сыворотке больных ХОБЛ ПЭ составляло 650,7±369,3 мкмоль/л, что значительно превышало их содержание у лиц группы сравнения – 380,5±233,2 мкмоль/л (р=0,000). У 16,6 % больных количество пероксидов превышало 1000,0 мкмоль/л, достигая у отдельных пациентов 1605,0 мкмоль/л. У большей части больных ХОБЛ ПЭ (69,8 %) наблюдался высокий уровень ОС: величина пероксидов достигала 783,1±257,0 мкмоль/л. В группе сравнения высокий уровень ОС выявлялся у меньшего числа лиц (46,5 %), а величина пероксидов было достоверно ниже – 591,7±254,2 мкмоль/л (р=0,000). Низкий уровень ОС у больных ХОБЛ ПЭ наблюдался у незначительного числа лиц (9,6 %). В группе сравнения он выявлялся на 15,2 % чаще. Количество пероксидов в обеих группах соответствовало низкому уровню ОС и составляло 101,9±40,3 мкмоль/л у больных и 134,0±54,7 мкмоль/л в группе сравнения. Различий в частоте выявления среднего уровня ОС и величиной пероксидов в обеих группах не было выявлено.

Для больных ХОБЛ ПЭ характерным был низкий уровень АОС: у 75,7 % против 35,7 % в группе сравнения; а количество разложившихся пероксидов было меньшим, чем у условно здоровых лиц (206,5±31,5 против 250,5±20,5мкмоль/л, р=0,000). Средний и высокий уровень АОС у больных встречался значительно реже: у 24,3 % обследуемых против 64,3 % в группе сравнения. Различий в количестве разложившихся пероксидов при высоком и среднем уровня АОС в обеих группах не было выявлено. Обратная коррелятивная связь была выявлена между величинами, характеризующими ОС и АОС: r= – 0,4; р=0,04.

Отмечалась тенденция к увеличению частоты выявления высокого уровня ОС и уменьшения выявления его среднего уровня с увеличением степени тяжести обструктивных нарушений. На этом фоне величина пероксидов в сыворотке, свидетельствующая о высоком уровне ОС, с увеличением степени обструкции увеличивалась (р=0,001, р=0,000), а при среднем и низком уровнях ОС достоверно не отличалась (табл. 3).

Таблица 3

Показатели ОС и общей АОС у больных ХОБЛ ПЭ в стабильной фазе болезни в зависимости от тяжести обструктивных нарушений легочной вентиляции

Уровень ОС

Степень тяжести обструктивных нарушений

Легкая

Средней тяжести

Тяжелая

Окислительный стресс

Частота выявления, %

Величина показателя,

мкмоль/л

Частота выявления, %

Величина показателя, мкмоль/л

Частота выявления, %

Величина показателя, мкмоль/л

Высокий

63,3

702,8±70,6

67,9

754,0±78,4

69,2

894,1±148,7

Средний

30,0

232,4±15,8

26,8

256,8±10,1

23,1

227,2±25,2

Низкий

6,7

70,5±19,7

5,3

119,5±12,2

7,7

79,5±15,2

Антиокислительная способность

Уровень АОС

Частота выявления, %

Величина показателя, мкмоль/л

Частота выявления, %

Величина показателя, мкмоль/л

Частота выявления, %

Величина показателя, мкмоль/л

Высокая

15,8

353,9±9,4

10,7

354,5±11,6

5,5

367,2±9,68

Средняя

10,3

310,0±4,6

12,8

308,6±6,21

20,3

307,0±3,4

Низкая

73,9

262,4±11,8

76,5

250,9±11,1

74,2

204,7±15,1

С усилением процесса обструкции наблюдалось уменьшение доли высокой АОС (от 15,8 % до 5,5 %) и увеличение доли АОС средней степени (от 10,3 % до 20,3 %). Частота выявления низкой АОС с ухудшением патологического процесса не изменялась, однако количество разложившихся пероксидов в группе больных с низкой АОС при тяжелой форме обструкции было достоверно ниже, чем при легкой и среднетяжелой 262,4±11,8 мкмоль/л и 250,9±11,1 мкмоль/л против 204,7±25,1 мкмоль/л (р=0,000).

Заключение

Таким образом, почти у всех больных ХОБЛ ПЭ с длительным периодом заболевания в стабильной фазе болезни установлен высокий уровень ОС, обусловленный избыточным образованием свободных радикалов и продуктов перекисного окисления липидов. Установлена зависимость количества пероксидов в сыворотке от степени обструктивных нарушений. С увеличением тяжести обструкции количество пероксидов в сыворотке увеличивалось.

Высокий ОС у больных ХОБЛ ПЭ сопровождается уменьшением общей АОС сыворотки и разнонаправленными изменениями активности антиоксидантных ферментов, выражающимися в снижении их активности, сохранении ее в нормальных пределах или незначительном повышении. Выявленные изменения СОД, ГП, каталазы и церулоплазмина свидетельствуют об отсутствии активации ферментного звена антиоксидантной защиты в данной фазе болезни, а незначительного увеличения ее отдельных компонентов, по-видимому, недостаточно для нейтрализации избыточного количества свободных радикалов. Данный феномен был отмечен рядом авторов, которые наблюдали резкое падение активности антиоксидантных систем при выраженном окислительном стрессе у пациентов с III стадией ХОБЛ [5]. Кроме того, многочисленными исследованиями установлено, что избыток перекиси водорода является ингибирующим фактором активности таких антиоксидантных ферментов как каталаза, СОД и ГП [3]. Поскольку достоверной зависимости активности ферментов от тяжести обструкции не было выявлено, изученные нами показатели активности СОД, ГП, каталазы и церулоплазмина не могут быть, на наш взгляд, использованы для оценки степени обструктивных нарушений. Однако эти показатели могут использоваться для характеристики состояния системы антиоксидантной защиты и разработке методов ее коррекции.

Проведенные нами исследования показали значимость интегральных показателей ОС и антиоксидантной защиты. Между интегральными показателями ОС и АОС сыворотки выявлена обратная коррелятивная зависимость и наблюдается связь их изменений со степенью выраженности обструктивных нарушений. Представляется важным не только констатировать наличие окислительного стресса и антиоксидантной защиты, но и определить уровень этих нарушений. Используемая нами оценка окислительного стресса и АОС по соответствующим уровням (высокого, среднего и низкого) вполне адекватно отражает состояние данных систем у лиц при ХОБЛ ПЭ. Тем самым определение уровней интегральных показателей ОС и антиоксидантной защиты помагает даст возможность клиницистам более детально оценить риск ухудшения состояния больных ХОБЛ ПЭ, тяжесть течения данного заболевания, его прогноз и эффективность лечения.

Данные показатели могут служить основой для разработки препаратов, направленных на снижение уровня окислительного стресса и повышение антиоксидантной защиты при профессиональной бронхо-легочной патологии.