Peculiarities of sarcopenia in occupational chronic obstructive pulmonary disease in conditions of exposure of industrial aerosols containing nanoparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The influence of nanoparticles of industrial aerosols on phenotypes of occupational chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is not studied enough. In this connection the system signs and symptoms of the disease including sarcopenia is of a great interest for investigation, because there associations with quality of life and lifespan.

Aim. To establish the features of sarcopenia in patients with COPD due to aerosols containing nanoparticles.

Materials and methods. A prospective observational study was performed. Previously, chemical and hygienic investigation of nanoparticles in the workplaces air on the machine building enterprise was done. The groups under investigation were occupational COPD patients, who were employed at the workplaces that has been investigated and contacting with aerosols containing metal (n = 48) or silica (n = 55) nanoparticles. Groups were matched by sex, age, COPD duration. Study procedures were Sarcopenia Fast questionnaire, ultrasound measurement of quadriceps femoris, bioelectrical impedance analysis, hand grip strength by dynamometry, sit-to-stand test, short physical performance battery, pulmonary function tests, serum molecular markers measured by enzyme-linked immunosorbent assay or by kinetic method, serum fibrinogen by Klauss method. COPD was diagnosed when postbronchodilator forced expiratory volume in one second divided by forced vital capacity was less than 0.7. Sarcopenia was diagnosed by EWGSOP2 criteria (European Working Group on Sarcopenia in Older People). Statistical analysis included descriptive methods and liner regression.

Results. Sarcopenia rate was 26 (47.2%) in COPD due to aerosols containing silica nanoparticles, 17 (35.4%) in COPD due to aerosols containing metal nanoparticles and 15 (30.0%) in control group; p = 0.015. The differences of sarcopenia severity between COPD due to different environmental conditions were seen – Ме (Q2Q3). COPD due to aerosols containing silica nanoparticles was characterized by minimal values of quadriceps cross-sectional area: 4.9 (4.0–5.5) sm2 compared with 9.4 (8.4–9.9) sm2 in COPD due to aerosols containing metal nanoparticles patients and with 9,0 (7.8; 9.2) sm2 in control group respectivel; р = 0.010, quadriceps thickness, appendicular fat-free mass index: 7.1 (5.5–7.4), 7.5 (6.2–8.3) and 8.2 (6.8–9.1) kg/m2; р = 0.009, sit-to-stand test 15.8 (13.2–16.7), 12.1 (10.5–13.0) and 11.5 (9.4–13.8) s; р = 0.009, by elevated muscle echogenicity. COPD due to aerosols containing metal nanoparticles patients had the mid values. After 12 months these relationships were preserved. The associations of silica nanoparticles with quadriceps cross-sectional area (В = -0.95; р = 0.009), echogenicity (В = 1.02; р = 0.001), appendicular fat-free mass index (В = -1.05; р = 0.001) and sit-to-stand test (В = 0.91; р = 0.011) were explored.

Conclusion. Occuational COPD is characterized by sarcopenia rate, less values of muscle quantity and quality, especially pronounced in COPD due to aerosols containing silica nanoparticles.

Full Text

Список сокращений

АБМТ – аппендикулярная безжировая масса тела

ИАБМТ – индекс аппендикулярной безжировой массы тела

НЧ – наночастица

ОФВ1 – объем форсированного выдоха за 1-ю секунду

ПДК – предельно допустимая концентрация

ПХОБЛ – профессиональная хроническая обструктивная болезнь легких

ФЖЕЛ – форсированная жизненная емкость легких

ХОБЛ – хроническая обструктивная болезнь легких

FGF-2 (fibroblast growth factor 2) – фактор роста фибробластов 2

PIIINP (N-terminal procollagen type III propeptide) – N-терминальный пропептид проколлагена 3-го типа

SARC-F (Sarcopenia Fast) – опросник для скрининга саркопении

Введение

Профессиональная хроническая обструктивная болезнь легких (ПХОБЛ) – одно из наиболее тяжелых заболеваний, вызванных неблагоприятными условиями труда, характеризующееся необратимым и прогрессирующим снижением функции бронхолегочной системы. Этиологическим фактором ПХОБЛ могут быть любые компоненты промышленного аэрозоля, обладающие способностью индуцировать персистирующее воспаление [1]. В условиях современного производства это один из наиболее часто встречаемых факторов профессионального риска здоровью, что определяет высокую распространенность ПХОБЛ. По данным Росстата, в условиях воздействия химического фактора заняты 7,5% работающих, аэрозолей преимущественно фиброгенного действия – 4,5% [2]. Данные факторы вызывают 17,3% профессиональных заболеваний. Доля ПХОБЛ в структуре заболеваемости от воздействия аэрозолей составляет 19,2%, что соответствует 2-му рангу [3]. Смертность от ХОБЛ составляет от 14,0 до 21,3 на 100 тыс. населения у мужчин и от 6,4 до 18,3 на 100 тыс. – у женщин [4]. По данным международного исследования Global Burden of Disease Study, с воздействием производственных факторов связаны 15,7% случаев смерти от ХОБЛ [5]. Существенный ущерб от ПХОБЛ на индивидуальном и популяционном уровнях определяет необходимость дальнейшего изучения закономерностей его возникновения и развития.

Возможности совершенствования подходов к лечению и реабилитации ХОБЛ в целом и ПХОБЛ в частности основаны на гетерогенности заболевания [6, 7]. В случае ПХОБЛ важными являются этиологически обусловленные фенотипы. Паттерн воспаления (эндотип) связан с биологическими свойствами компонентов промышленных аэрозолей, и он, в свою очередь, влияет на клинико-функциональные особенности заболевания (фенотип) и потребность в терапии [8]. Системные (внелегочные) проявления ПХОБЛ – важная характеристика фенотипа. Так, саркопения ассоциирована со снижением функции легких, физической активности, риском обострений, снижением выживаемости [9]. Таким образом, актуально исследование роли промышленных аэрозолей в формировании системных проявлений, в том числе саркопении, при ПХОБЛ.

Частицы промышленных аэрозолей размером менее 100 нм способны индуцировать воспаление и фиброз [10–13]. Учитывая также проникновение наночастиц (НЧ) в силу малых размеров в дистальные отделы дыхательных путей и паренхиму легких, можно предположить их значимое влияние на фенотип ПХОБЛ [13]. Вместе с тем роль ненамеренных НЧ промышленных аэрозолей в развитии системных проявлений ПХОБЛ все еще изучена недостаточно.

Цель исследования – определить особенности саркопении у больных ПХОБЛ от воздействия аэрозолей, содержащих НЧ.

Материалы и методы

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №19-74-30011). Дизайн исследования – одноцентровое проспективное наблюдательное. Набор больных проводили на основании следующих критериев включения: информированное согласие на участие в исследовании, мужчины и женщины, возраст 40–65 лет, диагноз ХОБЛ, установленный на основании спирографического критерия – отношение постбронходилаторных объема форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ1) к форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ) меньше 0,7 [14]. В страты ПХОБЛ включали работников предприятия машиностроения (код по Общероссийскому классификатору видов экономической деятельности 30.30.32), занятых на рабочих местах с воздействием промышленных аэрозолей с ненамеренными НЧ, стажем работы в указанных условиях не менее 10 лет, появлением хронических респираторных симптомов при стаже работы в данных условиях не менее 5 лет. В группу контроля (ХОБЛ у курильщиков табака) включали лиц, за время трудовой деятельности занимавших рабочие места с классом условий труда 1–2, не имевших контакта с промышленными аэрозолями, аллергенами, в том числе в пределах предельно допустимых концентраций (ПДК), курильщиков табака (классических сигарет) с общей продолжительностью курения не менее 10 лет, индексом пачка лет не менее 10. Критериями невключения были другие хронические заболевания бронхолегочной системы (допускали наличие простого бронхита и бронхиальной астмы), другие, кроме ХОБЛ, заболевания и состояния, сопровождающиеся развитием эозинофилии и воспалительных заболеваний, злокачественное новообразование, левожелудочковая сердечная недостаточность стадии IIA–III, хроническая болезнь почек С5, цирроз печени класс В-С по Чайлду–Пью, неспособность понимать и выполнять требования протокола исследования, наличие противопоказаний к диагностическим процедурам исследования. Дополнительными критериями невключения для анализа системных проявлений были: заболевания нервной системы с развитием парезов и параличей, в том числе вибрационная болезнь, заболевания опорно-двигательного аппарата с нарушением функции суставов 3-й степени, снижением функции мышц, нутритивный дефицит алиментарного генеза, тяжелый синдром мальабсорбции.

Для детекции ненамеренных НЧ пробы воздуха рабочей зоны пропускали через поглотительный раствор (деионизированная вода), затем фуговали в планетарной центрифуге (10 мин, 1500 об/мин) и исследовали верхнюю фракцию. Размеры частиц подтверждали методом сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионным анализатором – сканирующим электронным микроскопом Zeiss EVO MA 15 (Karl Zeiss Microscopy Ltd., Великобритания, увеличение в 2000–8000 раз). Элементный химический состав частиц наноразмерной фракции определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с использованием спектрометра высокого разрешения iCAP-6500 (Thermo Scientific, США). Концентрация НЧ составила от 5 до 625 нг/л.

На рабочих местах плавильщиков и сварщиков преобладали НЧ металлов (наибольшая массовая концентрация алюминия была 0,0031 мкг/мл, железа – 0,0042 мкг/мл, хрома – 0,00021 мкг/мл), концентрация НЧ кремния была наименьшей. В дальнейшем для расчетов брали суммарную концентрацию НЧ металлов. На рабочих местах шихтовщиков, формовщиков, обрубщиков, шлифовщиков наибольшей была массовая концентрация НЧ кремния – 0,035 мкг/мл, концентрация НЧ металлов была наименьшей. Исследуемые основных групп были заняты на данных рабочих местах в разные периоды при одинаковых технологиях производства. Данные о концентрациях газов и пылей производственной среды без учета размерных фракций получены из санитарно-гигиенических характеристик условий труда предприятия, составленных экспертами отдела надзора по гигиене труда, коммунальной гигиене Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Новосибирской области при проведении экспертиз связи заболевания с профессией. Максимальные разовые концентрации меди и марганца были превышены в 1,5 и 5,5 раза, среднесменные – в 2,9 и 2,7 раза соответственно. Максимальные разовые концентрации кремнийсодержащей пыли составили 1,5–10,2 ПДК, среднесменные – 6,5–16,1 ПДК.

В группу ПХОБЛ от воздействия промышленных аэрозолей, содержащих преимущественно НЧ металлов (далее – аэрозоли с НЧ металлов), включены 48 больных – литейщики (n = 29), сварщики (n = 19). В группу ПХОБЛ в условиях контакта с аэрозолями, содержащими преимущественно НЧ кремния (далее – аэрозоли с НЧ кремния), – 55 больных, это шихтовщики (n = 5), формовщики (n = 22), обрубщики (n = 10), шлифовщики (n = 18). В группу контроля включены 50 больных. Экспертиза связи заболевания с профессией проведена в Центре профессиональной патологии г. Новосибирска (ГБУЗ НСО «ГКБ №2»). Основные характеристики участников исследования представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Основные характеристики больных

Table 1. Baseline characteristics of patients

Параметр

Пациенты с ПХОБЛ (n = 50)

ХОБЛ у курильщиков табака (n = 50)

р

НЧ металлов (n = 48)

НЧ кремния (n = 55)

Мужчин, абс. (%)

45 (93,8)

52 (94,5)

46 (92,0)

0,442

Женщин, абс. (%)

3 (6,2)

3 (5,5)

4 (8,0)

0,439

Возраст, лет

57 (55–63)

59 (54–64)

60 (55–63)

0,318

Доля курящих, абс. (%)

15 (31,2)3

18 (32,7)3

50 (100)1,2

0,001

Индекс пачка-лет

13 (11–17)

14 (12–16)

17 (13–19)

0,142

Стаж работы, лет

23 (19–26)

22 (20–25)

Н/п

0,316

Длительность курения, лет

25 (20–27)

24 (21–26)

25 (21–26)

0,225

Длительность ХОБЛ, лет

12 (7–15)

13 (9–16)

14 (10–16)

0,496

Стаж работы на момент дебюта симптомов ПХОБЛ, лет

11 (9–14,5)

10 (8–13)

Н/п

0,233

ОФВ1/ФЖЕЛ, %

65 (63–67)2,3

69 (66–68)1,3

62 (58–68)1,2

0,011

Примечание. Здесь и далее в табл. 2: достоверность различий по отношению к группам – 1,2ПХОБЛ в условиях воздействия аэрозолей преимущественно с НЧ металлов и кремния соответственно, 3ХОБЛ у курильщиков табака. Н/п – не применимо.

 

Все диагностические мероприятия осуществляли в стабильную фазу ПХОБЛ. Для скрининговой оценки состояния мышечной ткани проводили анкетирование с использованием вопросника SARC-F (Sarcopenia Fast) [15]. Исследование массы/объема скелетных мышц включало ультразвуковое исследование квадрицепса бедра в В-режиме [16] с применением ультразвуковой диагностической системы Vivid S70N и биоимпедансометрию аппаратом «МЕДАСС АВС-01» (Россия), с расчетом аппендикулярной мышечной массы по уравнению G. Sergi и соавт. [17], силы мышц – кистевую динамометрию (динамометр «ДК-50», НТМИЗ, Россия), тест «встать со стула» (время выполнения теста), исследование мышечной выносливости – краткую батарею тестов физического функционирования [18]. Диагноз саркопении устанавливали на основании критериев Европейской рабочей группы по саркопении у пожилых людей (редакций 2010 и 2018 гг.) [19]. При ультразвуковом исследовании оценивали толщину мышц бедра (musculus rectus femoris и m. vastus intermedius), площадь поперечного сечения мышц бедра на уровне средней трети, эхоплотность методом анализа серой шкалы от 0 до 255 Ед, где 0 – черный цвет, 255 – белый. Исследования проведены дважды с интервалом 12 мес. Для исключения полинейропатии всем больным выполнены электронейромиография (электромиограф «Нейрософт МВП-8», Россия), осмотр неврологом.

Всем обследуемым проведено комплексное исследование функции легких – спирография с пробой с бронхолитиком (спирограф «МАС2-С», «Белинтелмед», Республика Беларусь), бодиплетизмография, исследование диффузионной способности легких (DLCO) по монооксиду углерода методом одиночного вдоха (бодиплетизмограф PowerCube Body, Shiller, Германия).

Концентрации в крови интерлейкина-1β и 5, С-реактивного белка, фактора роста фибробластов 2 (fibroblast growth factor 2 – FGF-2), трансформирующего фактора роста β1, N-терминального пропептида проколлагена 3-го типа (N-terminal procollagen type III propeptide – PIIINP), матриксных металлопротеиназ 1 и 9, растворимой сосудистой молекулы адгезии 1 определяли методом твердофазного иммуноферментного анализа «сэндвич»-типа на иммуноферментном 8-канальном планшетном фотометре EхреrtРlus (ASYS HITECH, Австрия). Концентрации фибриногена исследовали методом Клаусса.

Этика. Исследование выполнено с соблюдением этических принципов, изложенных в Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации, и в соответствии с этическими нормами и правилами, предусмотренными Бюллетенем Высшей аттестационной комиссии Министерства образования РФ №3 от 2002 г. Исследование одобрено комитетом по этике ФГБОУ ВО НГМУ (протокол №121 от 21.11.2019).

Статистический анализ. Программное обеспечение – SPSS 29. Уровень значимости для отклонения нулевой гипотезы принят как р = 0,017 с учетом поправки Бонферрони. Применяли стандартные методы описательной статистики, результаты представлены в виде медианы и межквартильного интервала – Ме (Q2Q3) для непрерывных переменных, в виде процентов/долей – для ординальных. Сравнение независимых выборок по непрерывным переменным проводили при помощи критерия Краскела–Уоллиса, по ординальным – посредством критерия χ2, если общее количество наблюдений было не менее 50 и количество наблюдений каждого варианта значений – не менее 5. Для сравнения связанных выборок использовали критерии Уилкоксона и Мак-Немара. Взаимосвязи определяли методом линейной регрессии. Для исключения влияния вмешивающихся факторов в модели включали параметры ОФВ1, статус курения.

Результаты

Доля больных с вероятной саркопенией на основании снижения мышечной силы составила 18 (37,5%) человек в группе ПХОБЛ от воздействия аэрозолей с НЧ металлов, 26 (47,2%) – с НЧ кремния, 17 (34,0%) – в группе контроля; р = 0,010. Снижение количества мышечной ткани подтверждено методом биоимпедансометрии у 17 (35,4%), 26 (47,2%) и 15 (30,0%) больных соответственно; р = 0,015, достоверность различий между всеми группами. Доля больных тяжелой саркопенией (со снижением мышечной выносливости) составила 11 (22,9%), 20 (36,3%) и 11 (22,0%) человек; р = 0,012, достоверность различий по отношению к группе ПХОБЛ от воздействия аэрозолей с НЧ кремния (табл. 2). Таким образом, частота саркопении и тяжелой саркопении была больше при формировании фенотипа ПХОБЛ в условиях воздействия аэрозолей с НЧ кремния.

 

Таблица 2. Количество и функция мышечной ткани в зависимости от этиологического фактора ХОБЛ

Table 2. Muscle quantity and quality depending on COPD etiology

Параметр

Пациенты с ПХОБЛ

ХОБЛ у курящих (n = 50)

р

НЧ металлов (n = 48)

НЧ кремния (n = 55)

SARC-F, балл

3 (1–3)

3 (2–3)

3 (1–4)

0,427

Площадь поперечного сечения квадрицепса, см2

9,4 (8,4–9,9)2,3

4,9 (4,0–5,5)1,3

9,0 (7,8–9,2)1,2

0,010

Толщина квадрицепса (m. rectus femoris, m. vastus intermedius), см

3,6 (2,7–4,1)2,3

2,5 (2,0–3,8)1,3

4,2 (3,1–5,5)1,2

0,001

Эхоплотность квадрицепса, «серая шкала», Ед.

61 (58–67)2,3

74 (68–80)1,3

52 (45–59)1,2

0,001

Индекс массы тела, кг/м2

24,3 (23,8–25,7)

24,9 (23,5–26,2)

24,3 (22,7–26,0)

0185

АБМТ, кг

24,2 (22,4–26,4)2,3

20,5 (14,5–23,9)1,3

29,0 (24,5–32,8)1,2

0,009

ИАБМТ, кг/м2

7,5 (6,2–8,3)2,3

7,1 (5,5–7,4)1,3

8,2 (6,8–9,1)1,2

0,009

Фазовый угол, град

5,9 (5,5–6,2)2,3

5,5 (4,1–5,8)1,3

6,5 (6,1–6,9)1,2

0,001

Краткая батарея тестов физического функционирования, балл

10 (9–12)2

9 (8–11)1,3

10 (10–12)2

0,045

Скорость ходьбы, балл

3 (2–4)

3 (2–4)

3 (2–4)

1,0

Скорость ходьбы, м/с

0,71 (0,62–0,85)2

0,68 (0,59–0,83)1,3

0,80 (0,61–0,88)2

0,015

Баланс, балл

4 (4–4)

4 (4–4)

4 (3–4)

0,985

Тест «встать со стула», балл

3 (3–4)

2 (2–3)

3 (2–4)

0,045

Тест «встать со стула», с

12,1 (10,5–13,0)2

15,8 (13,2–16,7)1,3

11,5 (9,4–13,8)2

0,009

Сила сжатия кисти, кг

39 (26–44)2

27 (12–30)1,3

42 (25–51)2

0,009

 

Межквартильный интервал значений анкетирования по SARC-F, рекомендованного EWGSOP2 (European Working Group on Sarcopenia in Older People) в качестве начального инструмента для скрининга саркопении, в группах профессионального заболевания не включал критерий саркопении, равный 4 баллам и более. В группе ХОБЛ у курильщиков 18 (36%) больных набрали количество баллов, пороговое для подозрения на саркопению [17].

Характеристики мышечной ткани отличались между этиологически обусловленными фенотипами ПХОБЛ. В группе подвергавшихся воздействию аэрозолей с НЧ кремния наблюдали минимальные значения площади поперечного сечения и толщины четырехглавой мышцы бедра, аппендикулярной безжировой массы тела (АБМТ) и ее индекса (ИАБМТ), т.е. отношения к квадрату роста, силы сжатия кисти и максимальные – времени выполнения теста «встать со стула». В подгруппе ПХОБЛ от воздействия аэрозолей с НЧ металлов получены промежуточные значения показателей, отражающих количество и силу мышц.

Эхоплотность мышц, наоборот, была больше в подгруппах ПХОБЛ, особенно в подгруппе воздействия аэрозолей с НЧ кремния, и меньше – у курильщиков.

Общий счет краткой батареи тестов физического функционирования также был минимальным в группе ПХОБЛ от воздействия аэрозолей с НЧ кремния, нижний квартиль соответствовал критерию саркопении. Различия получены в первую очередь за счет значений теста «встать со стула», зависящих преимущественно от силы квадрицепса, а также скорости ходьбы. Показатели в подгруппе ПХОБЛ от воздействия НЧ металлов не отличались от группы контроля. Координаторных нарушений у исследуемых больных не было.

Следует отметить, что выявлены различия значений фазового угла – показателя биоимпедансометрии, отражающего общую интенсивность обмена веществ и работоспособность. В подгруппах ПХОБЛ фазовый угол был меньше, чем у курильщиков табака, преимущественно в подгруппе воздействия аэрозолей с НЧ кремния.

В динамике через 12 мес сохранялись выявленные соотношения.

Регрессионный анализ показал линейную взаимосвязь массовой концентрации НЧ кремния, но не общей концентрации пыли, с характеристиками мышечной ткани (табл. 3).

 

Таблица 3. Регрессионный анализ взаимосвязей промышленной пыли и ненамеренных НЧ с характеристиками мышечной ткани

Table 3. Regression analysis of interrelationships of industrial dust and unintentional nanoparticles with muscle tissue characteristics

Переменная

В

R

R2

p

независимая

зависимая

Концентрация НЧ кремния, мкг/мл

Площадь поперечного сечения квадрицепса, см2

-0,95

-0,85

0,72

0,009

Эхоплотность квадрицепса, Ед

1,02

0,91

0,82

0,001

ИАБМТ, мг/м2

-1,05

-0,95

0,90

0,001

Тест «встать со стула», с

0,91

0,83

0,69

0,011

Максимальная разовая концентрация пыли, мкг/м3

Площадь поперечного сечения квадрицепса на уровне средней трети бедра, см2

-0,33

-0,27

0,07

0,332

Эхоплотность квадрицепса

0,42

0,30

0,09

0,307

ИАБМТ, мг/м2

-0,18

-0,35

0,12

0,257

Тест «встать со стула», с

0,71

0,69

0,48

0,059

Среднесменная концентрация пыли, мкг/м3

Площадь поперечного сечения квадрицепса на уровне средней трети бедра, см2

-0,26

-0,15

0,02

0,349

Эхоплотность квадрицепса, Ед

0,91

0,12

0,01

0,462

ИАБМТ, мг/м2

-0,20

-0,29

0,08

0,296

Тест «встать со стула», с

0,70

0,67

0,45

0,061

Примечание. В – коэффициент линейной регрессии, R – коэффициент корреляции прогноза и измеренной величины, R2 – коэффициент детерминации.

 

Значимых взаимосвязей для НЧ металлов и общих концентраций металлов в воздухе рабочей зоны не выявлено.

Кроме того, количество и сила мышц зависели от особенностей функции легких, маркеров воспаления и фиброза. В группе ПХОБЛ от воздействия аэрозолей с НЧ металлов функциональная остаточная емкость легких коррелировала с ИАБМТ (В = -1,03; р = 0,006), временем выполнения теста «встать со стула» (В = 0,85; р = 0,009); концентрация фибриногена сыворотки была ассоциирована с ИАБМТ (В = -0,95; р = 0,009). В группе ПХОБЛ от воздействия аэрозолей с НЧ металлов определены взаимосвязи функциональной остаточной емкости легких и ИАБМТ (В = -1,04; р = 0,012), результатов теста «встать со стула» (В = 0,88; р = 0,015), DLCO – с площадью поперечного сечения квадрицепса (В = 1,01; р = 0,012) и ИАБМТ (В = 1,07; р = 0,010). Концентрации фибриногена крови были ассоциированы с ИАБМТ (В = -0,99; р = 0,008), маркера активного фиброобразования PIIINP (пг/мл) и профиброзного цитокина FGF-2 (нг/мл) – с эхоплотностью квадрицепса (В = 1,06; р = 0,001 и В = 1,02; р = 0,001), ИАБМТ (В = -0,97; р = 0,005 и В = -0,95; р = 0,008), результатами теста «встать со стула» (В = -1,07; р = 0,001 и В = -1,03; р = 0,001). В группе курильщиков табака значимыми были ассоциация ОФВ1 (%) и фибриногена крови с ИАБМТ (В = 1,03; р = 0,001 и В = 1,09; р = 0,001).

Обсуждение

Частицы размером менее 100 нм образуются в результате многих производственных процессов: плавки и сварки металлов, горении, дроблении, шлифовки минералов, плазменной обработки материалов. В результате такие частицы попадают в воздух рабочей зоны [20]. Особые физические и химические свойства частиц наноразмерного уровня определяют отличия биологических, в том числе патологических свойств от более крупных частиц. Доказанная способность НЧ индуцировать воспаление и фиброз дыхательных путей [10–13] позволяет предположить их значимость для развития ПХОБЛ. При этом клинических наблюдений все еще недостаточно. Помимо возможной этиологической роли, важной является задача изучения влияния НЧ промышленных аэрозолей на развитие эндо- и фенотипов. Возможность проникновения НЧ в кровоток и далее в различные клетки, ткани и органы позволяют предположить особенности системных проявлений заболевания. В общей популяции ХОБЛ этот компонент объясняют попаданием в кровоток из легочной ткани провоспалительных факторов и интермиттирующей гипоксемией.

Саркопения – распространенный синдром у пациентов с ХОБЛ. По данным разных авторов, от 44 до 53% больных имеют какие-либо признаки саркопении [9, 21]. Существенный разброс частоты также определяет интерес изучения саркопении с позиции фенотипирования ХОБЛ.

В данном исследовании определены увеличение частоты у пациентов с ПХОБЛ в сравнении с ХОБЛ у курильщиков табака. Установлена гетерогенность количества и функции мышц в зависимости от химического состава НЧ. Ассоциации с массовой концентрацией НЧ позволяют предполагать их влияние – прямое или опосредованное – паттерном воспаления бронхолегочной системы. Кроме того, определены взаимосвязи саркопении и других фенотипических характеристик ПХОБЛ. Взаимосвязи ИАБМТ, результатов функционального теста «встать со стула» с PIIINP и FGF-2 не исключают участия фиброза в комплексном биомеханизме саркопении при ПХОБЛ в условиях воздействия аэрозолей с НЧ кремния.

По данным литературы, плотность мышц у пациентов с ХОБЛ снижается в сравнении с контролем и положительно коррелирует с функцией мышц [22]. У исследованных больных плотность мышц увеличивалась, при увеличении плотности снижалась их функция. Определены связи с PIIINP и FGF-2. Дизайн исследования не предполагает конкретных выводов относительно фиброза мышц, тем не менее целесообразно дальнейшее изучение структурных изменений мышечной ткани при воздействии аэрозолей с НЧ кремния.

Таким образом, инструментальная оценка объема и функции мышечной ткани, в том числе в динамике, необходимо всем пациентам с ПХОБЛ. Учитывая известные данные о неблагоприятном прогнозе, связанном с саркопенией, терапевтические и реабилитационные программы должны включать профилактику и при необходимости – лечение данного синдрома.

Заключение

ПХОБЛ от воздействия аэрозолей, содержащих НЧ кремния, отличается частотой саркопении, меньшими значениями показателей количества мышечной ткани и силы мышц. При ПХОБЛ от воздействия аэрозолей с НЧ металлов количество мышечной ткани у больных меньше, чем у курильщиков табака, и больше, чем у исследованных лиц при воздействии НЧ кремния.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи. Исследование воздуха рабочей зоны проведено сотрудниками ФГБУН ИНХ СО РАН доктором химических наук А.И. Сапрыкиным и кандидатом химических наук А.Р. Цыганковой.

Authors' contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. Air quality research in the workplace was conducted by employees of Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry Doctor of Sciences (Chem.) A.I. Saprykin and Candidate of Sciences (Chem.) A.R. Tsygankova.

Источник финансирования. Эта работа была поддержана Российским научным фондом (проект №19-74-30011).

Funding source. This work was supported by the Russian Science Foundation (project No. 19-74-30011).

Соответствие принципам этики. Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО НГМУ (протокол №121 от 21.11.2019). Одобрение и процедуру проведения протокола получали по принципам Хельсинкской декларации.

Compliance with the principles of ethics. The study protocol was approved by the local ethics committee of the Novosibirsk State Medical University (Minutes No. 121, 21.11.2019). Approval and protocol procedure was obtained according to the principles of the Declaration of Helsinki.

Информированное согласие на публикацию. Пациенты подписали форму добровольного информированного согласия на публикацию медицинской информации.

Consent for publication. Written consent was obtained from the patients for publication of relevant medical information and all of accompanying images within the manuscript.

×

About the authors

Lyubov A. Shpagina

Novosibirsk State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0871-7551

д-р мед. наук, проф., зав. каф. госпитальной терапии и медицинской реабилитации

Russian Federation, Novosibirsk

Marina A. Zenkova

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4044-1049

чл.-кор. РАН, д-р биол. наук, проф., зав. лаб. биохимии нуклеиновых кислот

Russian Federation, Novosibirsk

Anatoly I. Saprykin

Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8999-8457

д-р техн. наук, рук. центра коллективного пользования

Russian Federation, Novosibirsk

Evgeniya B. Logashenko

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8977-5395

канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. биохимии нуклеиновых кислот

Russian Federation, Novosibirsk

Ilya S. Shpagin

Novosibirsk State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3109-9811

д-р мед. наук, доц., проф. каф. госпитальной терапии и медицинской реабилитации

Russian Federation, Novosibirsk

Olga S. Kotova

Novosibirsk State Medical University

Author for correspondence.
Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0724-1539

д-р мед. наук, доц., доц. каф. госпитальной терапии и медицинской реабилитации

Russian Federation, Novosibirsk

Alphiya R. Tsygankova

Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7126-276X

канд. хим. наук, ст. науч. сотр. аналитической лаб.

Russian Federation, Novosibirsk

Elena G. Kondyurina

Novosibirsk State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3250-3107

д-р мед. наук, проф., проректор по последипломному образованию, зав. каф. педиатрии фак-та повышения квалификации и профессиональной переподготовки врачей

Russian Federation, Novosibirsk

Vera V. Zelenskaia

Novosibirsk State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0344-9412

д-р мед. наук, доц., проф. каф. педиатрии фак-та повышения квалификации и профессиональной переподготовки врачей

Russian Federation, Novosibirsk

Galina V. Kuznetsova

Novosibirsk State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7428-9159

канд. мед. наук, доц. каф. госпитальной терапии и медицинской реабилитации

Russian Federation, Novosibirsk

Ekaterina V. Anikina

Novosibirsk State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6047-1707

ассистент каф. госпитальной терапии и медицинской реабилитации

Russian Federation, Novosibirsk

Natalya V. Kamneva

Novosibirsk State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3251-0315

канд. мед. наук, ассистент каф. госпитальной терапии и медицинской реабилитации

Russian Federation, Novosibirsk

Valerij A. Sergeev

Novosibirsk State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-6984-4294

аспирант каф. госпитальной терапии и медицинской реабилитации

Russian Federation, Novosibirsk

Tatiana N. Surovenko

Pacific State Medical University

Email: ok526@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7676-3213

д-р мед. наук, проф. Института педиатрии

Russian Federation, Vladivostok

References

  1. Профессиональная патология. Национальное руководство. Под ред. И.В. Бухтиярова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2024. 904 с. [Professional'naia patologiia. Natsional'noe rukovodstvo. Pod red. IV Bukhtiiarova. Moscow: GEOTAR-Media, 2024. 904 s. (in Russian)].
  2. Федеральная служба государственной статистики. Режим доступа: https://rosstat.gov.ru/working_conditions. Ссылка активна на 05.10.2024 [Federal'naia sluzhba gosudarstvennoi statistiki. Available at: https://rosstat.gov.ru/working_conditions. Accessed: 05.10.2024 (in Russian)].
  3. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2023 году. Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2024. 364 с. [O sostoianii sanitarno-epidemiologicheskogo blagopoluchiia naseleniia v Rossiiskoi Federatsii v 2023 godu. Gosudarstvennyi doklad. Moscow: Federal'naia sluzhba po nadzoru v sfere zashchity prav potrebitelei i blagopoluchiia cheloveka, 2024. 364 s. (in Russian)].
  4. Mei F, Dalmartello M, Bonifazi M, et al. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) mortality trends worldwide: An update to 2019. Respirology. 2022;27(11):941-50. doi: 10.1111/resp.14328
  5. Global burden of disease study 2021. Available at: https://vizhub.healthdata.org/gbd-compare/. Accessed: 27.07.2024.
  6. Авдеев С.Н., Лещенко И.В., Айсанов З.Р., и др. Новые клинические рекомендации по ХОБЛ – смена парадигмы. Терапевтический архив. 2024;96(3):292-7 [Avdeev SN, Leshchenko IV, Aisanov ZR, et al., on behalf of the working group for the development and revision of Federal clinical guidelines for COPD. New clinical guidelines for COPD – a paradigm shift: A review. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2024;96(3):292-7 (in Russian)]. doi: 10.26442/00403660.2024.03.202646
  7. Шпагина Л.А., Котова О.С., Шпагин И.С., и др. Клинико-функциональные особенности хронической обструктивной болезни легких после вирус-ассоциированных обострений. Терапевтический архив. 2023;95(3):217-22 [Shpagina LA, Kotova OS, Shpagin IS, et al. Clinic and functional features of chronic obstructive pulmonary disease after virus-induced acute exacerbations. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2023;95(3):217-22 (in Russian)]. doi: 10.26442/00403660.2023.03.202086
  8. Афтанас Л.И., Шпагина Л.А., Котова О.С., и др. Клеточно-молекулярные особенности воспаления и выживаемость больных профессиональной хронической обструктивной болезнью легких в условиях воздействия неорганической пыли. Сибирский научный медицинский журнал. 2018;38(6):35-43 [Aftanas LI, Shpagina LA, Kotova OS, et al. Inflammation cell-molecular features and survival in patients with occupational chronic obstructive pulmonary disease from silica dust exposure. Sibirskij Nauchnyj Medicinskij Zhurnal. 2018;38(6):35-43 (in Russian)]. doi: 10.15372/SSMJ20180606
  9. Attaway AH, Lopez R, Welch N, et al. Muscle loss phenotype in COPD is associated with adverse outcomes in the UK Biobank. BMC Pulm Med. 202417;24(1):186. doi: 10.1186/s12890-024-02999-7
  10. Zhuo LB, Liu YM, Jiang Y, Yan Z. Zinc oxide nanoparticles induce acute lung injury via oxidative stress-mediated mitochondrial damage and NLRP3 inflammasome activation: In vitro and in vivo studies. Environ Pollut. 2024;341:122950. doi: 10.1016/j.envpol.2023.122950
  11. Zhou S, Wang Z, Gao L, et al. C5a/C5aR1 axis as a key driver promotes epithelial-to-mesenchymal transition in airway epithelial cells in silica nanoparticles-induced pulmonary fibrosis. Int Immunopharmacol. 2023;125(Pt B):111112. doi: 10.1016/j.intimp.2023.111112
  12. Fatkhutdinova LM, Gabidinova GF, Daminova AG, et al. Mechanisms related to carbon nanotubes genotoxicity in human cell lines of respiratory origin. Toxicol Appl Pharmacol. 2024;482:116784. doi: 10.1016/j.taap.2023.116784
  13. Fireman Klein E, Adir Y, Krencel A, et al. Ultrafine particles in airways: A novel marker of COPD exacerbation risk and inflammatory status. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2019;14:557-64. doi: 10.2147/COPD.S187560
  14. Чучалин А.Г., Авдеев С.Н., Айсанов З.Р., и др. Хроническая обструктивная болезнь легких: федеральные клинические рекомендации по диагностике и лечению. Пульмонология. 2022;32(3):356-92 [Chuchalin AG, Avdeev SN, Aisanov ZR, et al. Federal guidelines on diagnosis and treatment of chronic obstructive pulmonary disease. Pulmonologiya. 2022;32(3):356-392 (in Russian)]. doi: 10.18093/0869-0189-2022-32-3-356-392
  15. Malmstrom TK, Miller DK, Simonsick EM, et al. SARC-F: A symptom score to predict persons with sarcopenia at risk for poor functional outcomes. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2016;7(1):28-36. doi: 10.1002/jcsm.12048
  16. Deng M, Yan L, Tong R, et al. Ultrasound assessment of the rectus femoris in patients with chronic obstructive pulmonary disease predicts sarcopenia. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2022;17:2801-10. doi: 10.2147/COPD.S386278
  17. Sergi G, De Rui M, Veronese N, et al. Assessing appendicular skeletal muscle mass with bioelectrical impedance analysis in free-living Caucasian older adults. Clin Nutr. 2015;34(4):667-73. doi: 10.1016/j.clnu.2014.07.010
  18. Short Physical Performance Battery. Available at: https://www.nia.nih.gov/research/labs/leps/short-physical-performance-battery-sppb. Accessed: 27.07.2024.
  19. Cruz-Jentoft AJ, Bahat G, Bauer J, et al. Sarcopenia: Revised European consensus on definition and diagnosis. Age Ageing. 2019;48(1):16-31. doi: 10.1093/ageing/afy169
  20. Шаяхметов С.Ф., Рукавишников В.С., Лисецкая Л.Г., Меринов А.В. Характеристика образующихся аэрозольных взвесей – комплексов при традиционной и модернизированной технологиях электролиза алюминия. Медицина труда и промышленная экология. 2022;62(7):452-8 [Shayakhmetov SF, Rukavishnikov VS, Lisetskaya LG, Merinov AV. Characteristics of generated aerosol suspensions-complexes at traditional and modernized aluminum electrolysis technologies. Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology. 2022;62(7):452-8 (in Russian)]. doi: 10.31089/1026-9428-2022-62-7-452-458
  21. Сулейманова А.К., Сафонова Ю.А., Баранова И.А. Частота саркопении у пациентов со стабильной хронической обструктивной болезнью легких: сравнение диагностических алгоритмов Европейской рабочей группы по саркопении у пожилых людей (редакции 2010 и 2018 гг.). Пульмонология. 2019;29(5):564-70 [Suleymanova AK, Safonova YuA, Baranova IA. An incidence of sarcopenia in patients with stable chronic obstructive pulmonary disease: A comparison of diagnostic algorithms of European Working Group on Sarcopenia in Older People, 2018 versus 2010. Pulmonologiya. 2019;29(5):564-7 (in Russian)]. doi: 10.18093/0869-0189-2019-29-5-564-570
  22. Wang Y, Li S, Zhang Z, et al. Accelerated loss of trunk muscle density and size at L1 vertebral level in male patients with COPD. Front Endocrinol (Lausanne). 2022;13:1087110. doi: 10.3389/fendo.2022.1087110

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2026 Consilium Medicum

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
 

Address of the Editorial Office:

  • Alabyan Street, 13/1, Moscow, 127055, Russian Federation

Correspondence address:

  • Alabyan Street, 13/1, Moscow, 127055, Russian Federation

Managing Editor:

  • Tel.: +7 (926) 905-41-26
  • E-mail: e.gorbacheva@ter-arkhiv.ru

 

© 2018-2021 "Consilium Medicum" Publishing house