Systemic inflammation in patients with chronic obstructive pulmonary disease and obesity

Full Text

ИЛ – интерлейкин

ИМТ – индекс массы тела

ИФА – иммуноферментный анализ

РФ – Российская Федерация

СРБ – С-реактивный белок

ФНО-R1, ФНО-R2 – растворимые рецепторы к ФНО-α 1 и 2-го типов

ФНО-α – фактор некроза опухолей α

ХОБЛ – хроническая обструктивная болезнь легких

Введение

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) является важной проблемой здравоохранения, при этом, в соответствии с GOLD, представляя собой заболевание, которое можно предотвратить и лечить [1]. ХОБЛ является результатом сложного взаимодействия влияния факторов окружающей среды, таких как длительное вдыхание загрязняющих газов и частиц, а также внутренних факторов, в том числе наследственной предрасположенности, гиперреактивности дыхательных путей, а также нарушения развития и формирования легких [2]. Распространенность этого заболевания по всему миру составляет около 11,7% [3]. С увеличением курения в развивающихся странах, а также общим постарением популяции, согласно данным Всемирной организации здравоохранения, ожидается увеличение распространенности ХОБЛ на протяжении последующих 30 лет, а к 2030 г. смертность от ХОБЛ и ассоциированных состояний может достичь 4,5 млн ежегодно.

Ожирение, растущая глобальная проблема здравоохранения, также является значимой патологией у больных ХОБЛ. Распространенность ожирения у пациентов с ХОБЛ выше, чем в общей популяции, и достигает 50% [4]. Несмотря на некоторую противоречивость данных, в нескольких исследованиях сообщалось о более выраженных респираторных симптомах, большей частоте обострений, более выраженном ограничении в повседневной деятельности, ухудшении качества жизни, связанного со здоровьем у больных ХОБЛ с ожирением [5].

В течение последних десятилетий ХОБЛ активно описывается в качестве системного заболевания. Наиболее известные системные проявления ХОБЛ включают системное воспаление, сопутствующую сердечно-сосудистую патологию, кахексию и мышечную дисфункцию, остеопороз, анемию, а также депрессию и тревогу [6–8]. Системное воспаление считается одним из ключевых механизмов, которые могут быть ответственны за увеличение частоты сопутствующих заболеваний, включая сердечно-сосудистую патологию при ХОБЛ [9]. Ожирение как отдельно, так и в качестве компонента метаболического синдрома, с одной стороны, и кахексия – с другой, представляют два полюса метаболических нарушений, которые могут быть связаны с системным воспалением. Ожирение и кахексия являются клинически значимыми и сложными патологическими состояниями как в практической пульмонологии, так и в трансляционных исследованиях системных проявлений ХОБЛ [10].

Повышенная экспрессия и секреция провоспалительных адипокинов, возникающая как следствие ожирения и/или гипоксии у пациентов с ХОБЛ, могут представлять собой механизм, усугубляющий общий системный характер воспаления при этом многокомпонентном заболевании. Несмотря на имеющиеся результаты экспериментальных работ на животных с выявлением эффектов гипоксии в клеточных культурах адипоцитов, а также данные немногочисленных клинических исследований, степень, в которой продукция жировой тканью и высвобождение воспалительных цитокинов способствует хроническому системному воспалительному синдрому при ХОБЛ, еще недостаточно определена и требует дальнейшего изучения.

Цель исследования – оценить особенности про- и противовоспалительного цитокинового профиля, уровня биомаркеров легочной патологии и адипокинов у больных ХОБЛ с ожирением.

Материалы и методы

В исследование включены 88 больных ХОБЛ (GOLD 2–4, группа D). Диагноз ХОБЛ установлен в соответствии с GOLD, пересмотр 2018 г., на основе комплексной оценки симптомов заболевания, данных анамнеза, данных объективного статуса, спирометрии (в стандартном режиме с пробой с сальбутамолом 400 мкг) [1]. Общее число больных определено суммой пациентов из двух групп. Первая группа – 44 больных ХОБЛ с нормальной массой тела: 35 (79,54%) мужчин и 9 (20,45%) женщин в возрасте от 46 до 70 лет (средний возраст 61,35±8,72 года). Вторая группа – 44 больных ХОБЛ с ожирением: 34 (77,27%) мужчины и 10 (22,72%) женщин в возрасте от 49 до 72 лет (средний возраст 62,55±5,71 года). Наличие нормальной массы тела или ожирения устанавливалось в соответствии с антропометрическими данными – по уровню индекса массы тела (ИМТ): 18,5–24,99 кг/м² – нормальная масса тела, 30 кг/м² и более – ожирение. Исследуемые группы были сопоставимы по полу (c²=1,43; р=0,327) и возрасту (F=0,34, р=0,561).

Критерии невключения в исследование:

1) участие пациента в любом интервенционном исследовании;

2) ХОБЛ в стадии обострения;

3) сопутствующие заболевания легких, такие как подтвержденное или подозреваемое злокачественное заболевание легких или иное заболевание респираторной системы, такое как интерстициальный легочный фиброз, туберкулез, саркоидоз, бронхиальная астма, облитерирующий бронхиолит, бронхоэктатическая болезнь;

4) сопутствующие заболевания других органов и систем, такие как острая кардиологическая патология (острый коронарный синдром), хроническая сердечная недостаточность IIа стадии и выше (по классификации Н.Д. Стражеско и В.Х. Василенко), хроническая почечная, печеночная недостаточность.

Научно-исследовательская работа одобрена на заседании этического комитета ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, протокол №1 от 21.02.2018. Всеми больными подписано информированное добровольное согласие пациента на участие в исследовании.

Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации (РФ) для поддержки ведущих научных школ РФ (НШ 4994.2018.7).

Стандартное медикаментозное лечение ХОБЛ включало длительно действующий антихолинергический препарат или длительно действующий β₂-агонист в комбинации с длительно действующим антихолинергическим препаратом или длительно действующий β₂-агонист в комбинации с ингаляционным глюкокортикостероидом. По потребности больные пользовались короткодействующими β₂-агонистами.

Для оценки особенностей про- и противовоспалительного цитокинового профиля, уровня биомаркеров легочной патологии, а также адипокинов у больных ХОБЛ с ожирением в сравнении с больными ХОБЛ с нормальной массой тела наряду с рутинными общеклиническими методами проводился биохимический анализ сыворотки венозной крови. Исследования проводили на базе НИИ экспериментальной биологии и медицины ФГБОУ ВО «ВГМУ им. Н.Н. Бурденко». Исследование специфических маркеров в сыворотке крови проводили на анализаторе Multiskan Go (Thermo Fisher Scientific, Финляндия).

Уровни показателей про- и противовоспалительного цитокинового профиля – интерлейкина (ИЛ)-6, ИЛ-8, фактора некроза опухолей α (ФНО-α), ИЛ-4, ИЛ-10 – определяли с помощью «сэндвич»-варианта твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) с использованием наборов реактивов «Интерлейкин-6-ИФА-БЕСТ», «Интерлейкин-8-ИФА-БЕСТ», «альфа-ФНО-ИФА-БЕСТ», «Интерлейкин-4-ИФА-БЕСТ», «Интерлейкин-10-ИФА-БЕСТ» («Вектор-Бест», Россия). Уровни интерферона-γ в крови исследовали с помощью ИФА с применением набора реактивов «гамма-Интерферон-ИФА-БЕСТ» («Вектор-Бест», Россия). Количественное определение растворимых рецепторов к ФНО-α 1 и 2-го типов (ФНО-R1, ФНО-R2) проводилось методом твердофазного ИФА типа «сэндвич» с покрытием микропланшета специфическими моноклональными антителами с применением соответствующего набора реактивов (RnD Systems, США).

Концентрация высокочувствительного С-реактивного белка (СРБ) в сыворотке оценивалась методом агглютинации частиц латекса, покрытых антителами к человеческому СРБ, с применением набора реактивов BioSystems (Испания).

Уровень сурфактантного белка D определяли с помощью «сэндвич»-варианта твердофазного ИФА с использованием наборов реактивов BioVendor (Чешская Республика). Уровень α₁-антитрипсина в сыворотке крови исследовали с помощью ИФА с применением набора реактивов α₁-Antitrypsin (Immundiagnostik, Германия). Уровень эластазы в сыворотке крови оценивался с помощью ИФА с применением набора реактивов для определения эластазы лейкоцитов (Hycult biotech, Нидерланды).

Уровни адипокинов – лептина, адипонектина – определяли с помощью ИФА с использованием наборов реактивов «LEPTIN-Sensitive-ELISA», «ADIPONECTIN ELISA», «RESISTIN ELISA» (Mediagnost GmbH, Германия).

Статистическая обработка данных проводилась с помощью пакета программ Statgraphics 5.1 Plus для Windows. Нормальность распределения данных в выборках оценивалась с помощью критерия Колмогорова. Количественные данные (при нормальном распределении) представлены в виде М±σ, где М – выборочное среднее, σ – стандартное отклонение. При отсутствии нормального распределения в выборках данные представлены в виде медианы, в скобках указаны верхний и нижний квартили. Качественные переменные сравнивали с помощью критерия c² или точного метода Fisher. Сравнение количественных показателей проводили с помощью одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA) или рангового U-теста Манна–Уитни. Различия считались статистически достоверными при уровне значимости p<0,05.

Результаты

Сравнительная характеристика пациентов 1-й группы (с ХОБЛ и нормальной массой тела) и 2-й группы (с ХОБЛ и ожирением) представлена в табл. 1.

 

Таблица 1. Сравнительная характеристика пациентов в исследуемых группах

Показатель	1-я группа (n=44)	2-я группа (n=44)
Женщины, n (%)	9 (20,4)	10 (22,7)
Мужчины, n (%)	35 (79,6)	34 (77,3)
Возраст, лет (М±σ)	61,35±8,72	62,55±5,71
Число пациентов, получающих длительно действующие антихолинергические препараты, n (%)	26 (59,1)	22 (50)
Число пациентов, получающих длительно действующие β2-агонисты, n (%)	44 (100)	42 (95,5)
Число пациентов, получающих короткодействующие β2-агонисты, n (%)	42 (95,5)	40 (90,9)
Число пациентов, получающих ингаляционные глюкокортикостероиды, n (%)	18 (40,9)	20 (45,5)

 

Исследуемые группы сопоставимы в отношении применения длительно действующих антихолинергических препаратов (c²=0,23; р=0,71), длительно действующих β₂-агонистов (c²=0,012; р=0,76), ингаляционных глюкокортикостероидов (c²=0,034; р=0,91), короткодействующих β₂-агонистов (c²=1,67; р=0,34).

Полученные результаты и сравнительная характеристика исследуемых групп по уровню биомаркеров системного воспаления, легочной патологии, цитокинового профиля представлены в табл. 2–4.

 

Таблица 2. Сравнительная характеристика результатов оценки маркеров системного воспаления у больных в исследуемых группах (показатели с нормальным распределением данных в выборках)

Показатель, пг/мл	1-я группа (n=44)	2-я группа (n=44)	F-отношение	Значение р
ФНО-R1	147,59±54,35	180,14±104,65*	6,64	0,0108
ФНО-R2	268,26±103,21	359,35±137,86*	24,21	0,0000
ИЛ-10	170,77±92,83	166,11±78,48	0,13	0,7197
ИЛ-4	12,16±9,38	13,19±11,32	0,43	0,5123
Примечание. Данные представлены в виде среднее ± стандартное отклонение. *Здесь и далее в табл. 3–5: различия достоверны при уровне p<0,05.

 

Таблица 3. Сравнительная характеристика результатов оценки маркеров системного воспаления у больных в исследуемых группах (показатели с распределением данных, не соответствующим критериям нормального распределения)

Показатель	1-я группа (n=44)	2-я группа (n=44)	Значение критерия Манна–Уитни	Значение p
СРБ, мг/л	0,001 (0,001; 0,4885)	0,2794 (0,001; 7,709)*	1004,0	0,0021
Интерферон-γ, пг/мл	0,001 (0,001; 1,379)	1,6025 (0,001; 9,982)*	878,0	0,0029
ФНО-α, пг/мл	0,001 (0,001; 0,001)	0,002 (0,001; 0,3507)*	640,0	0,0189
ИЛ-6, пг/мл	22,31 (4,877; 40,85)	26,3 (8,967; 60,95)	541,0	0,1096
ИЛ-8, пг/мл	20,795 (16,62; 35,41)	19,72 (16,245; 27,0)	-478,0	0,1575
Примечание. Данные представлены в виде медианы, в скобках указаны верхний и нижний квартили.

 

 

Таблица 4. Сравнительная характеристика результатов оценки биомаркеров легочной патологии у больных в исследуемых группах

Показатель	1-я группа (n=44)	2-я группа (n=44)	F-отношение	Значение р
α1-Антитрипсин, мкг/л	2780,61±1799,4	2823,0±1592,6	0,03	0,8688
Эластаза, нг/мл	269,06±215,26	246,09±200,19	0,54	0,4647
Сурфактантный белок D, нг/мл	174,61±98,28	175,31±89,62	0,00	0,9612
Примечание. Данные представлены в виде среднее ± стандартное отклонение.

 

Различие исследуемых групп по уровню адипокинов представлено в табл. 5.

 

Таблица 5. Сравнительная характеристика уровня адипокинов в исследуемых группах

Показатель	1-я группа (n=44)	2-я группа (n=44)	F-отношение	Значение р
Лептин, нг/мл	13,32±10,81	45,58±29,47*	92,92	0,0000
Адипонектин, мкг/мл	132,96±110,1	109,69±84,08	2,41	0,1223
Примечание. Данные представлены в виде среднее ± стандартное отклонение.

 

Исходя из приведенных данных у больных ХОБЛ и ожирением по сравнению с больными ХОБЛ с нормальной массой тела достоверно выше были уровни СРБ, интерферона-γ, ФНО-α, ФНО-R1, ФНО-R2. При этом значения ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10 у больных в исследуемых группах достоверно не различались.

У больных ХОБЛ с ожирением, несмотря на отсутствие статистически достоверных различий (p>0,05), уровень α₁-антитрипсина был несколько выше, а значения эластазы – ниже по сравнению с больными ХОБЛ с нормальной массой тела, что может свидетельствовать о менее выраженном повреждении легочной ткани у больных ХОБЛ с ожирением. По уровню сурфактантного белка D исследуемые группы не различались.

Что касается профиля адипокинов, у больных ХОБЛ с ожирением по сравнению с больными ХОБЛ с нормальной массой тела был достоверно выше уровень лептина в сыворотке крови. Значения уровня адипонектина, наоборот, преобладали у пациентов с нормальной массой тела, однако данное различие не было статистически значимым (p=0,1223).

Обсуждение

Наше исследование позволило выявить большую выраженность системного воспаления у больных ХОБЛ с ожирением. Еще в 2007 г. L. Fabbri и K. Rabe предложили всеобъемлющую концепцию диагностики, оценки степени тяжести и лечения ХОБЛ и его частых сопутствующих заболеваний, цель которой не ограничивать диагностический подход только ХОБЛ, а искать признаки более общего расстройства, названного «синдром хронического системного воспаления». Обоснование этого предложения может быть кратко изложено в виде следующих двух пунктов:

1) системное воспаление – наиболее вероятный ключевой общий механизм, с помощью которого основные факторы риска, такие как курение, гиперлипидемия, ожирение и гипертония, приводят к прогрессированию хронических заболеваний, включая ХОБЛ;

2) наличие как минимум трех хронических, в том числе сопутствующих, заболеваний определяет более 50% ресурсов здравоохранения у 1/2 всех пациентов с ХОБЛ в возрасте 65 лет и старше [11].

Даже у больных стабильной ХОБЛ было описано увеличение уровня воспалительных белков в системном кровотоке, включая СРБ, ФНО-α, ИЛ-6 и ИЛ-8 [12]. Небольшое, но значимое повышение уровня циркулирующих растворимых рецепторов ФНО 55 и 75, ИЛ-10 и ИЛ-18 также было зарегистрировано у пациентов с ХОБЛ [13, 14]. Важно отметить, что в ряде исследований показана связь между уровнем маркеров воспаления, в частности СРБ и ИЛ-6, в кровотоке и снижением объема форсированного выдоха за 1-ю секунду [15]. Более того, некоторые данные свидетельствуют о том, что системное воспаление, вероятно, не уравновешивается активацией противовоспалительных факторов. M. Dentener и соавт. показали, что уровни растворимого рецептора II противовоспалительного ИЛ-1 были сходными у пациентов со стабильной ХОБЛ и у здоровых лиц, несмотря на значимо повышенный уровень циркулирующего растворимого рецептора ФНО 55 у первых [16].

Обострение ХОБЛ ассоциируется с дальнейшим повышением уровня маркеров как бронхиального, так и системного воспаления по сравнению с их уровнями во время стабильной фазы заболевания [17].

Ожирение и наличие метаболического синдрома сопровождаются повышенной инсулинорезистентностью, в том числе у пациентов с ХОБЛ. Результаты исследования C. Bolton и соавт. позволяют предположить, что резистентность к инсулину у этих пациентов усугубляется как высоким ИМТ, так и повышением уровня медиаторов воспаления в кровотоке, в частности ИЛ-6 [18]. По данным ряда исследований, уровни медиаторов воспаления ФНО-α, ИЛ-6, а также лептина значительно выше у пациентов с ХОБЛ с избыточной массой тела, в то время как уровни адипонектина в плазме снижались [19].

Жировая ткань в настоящее время рассматривается в качестве эндокринного органа, который участвует в широком спектре метаболических процессов. Внутри жировой ткани адипоциты, макрофаги и эндотелиальные клетки синтезируют и выделяют большое количество разнообразных групп белков, участвующих в физиологических и патологических процессах, включая воспаление и острофазовый ответ, иммунитет, чувствительность к инсулину, ангиогенез, контроль артериального давления, метаболизм липидов, гемостаз. Термин «адипокин» используется для описания белков, синтезируемых и выделяемых адипоцитами. Адипоциты экспрессируют и секретируют различные адипокины, включая цитокины, факторы роста, адипонектин, резистин, адипсин, лептин, ингибитор активатора плазминогена-1, липопротеинлипазу и другие, которые могут оказывать местные (аутокринные/паракринные) и системные (эндокринные) эффекты [20].

Лептин играет существенную роль в энергетическом балансе. Появляется все больше свидетельств того, что лептин также может играть важную роль в активизации воспалительной системы: не только ФНО-α способствует высвобождению лептина из жировой ткани, но и лептин сам по себе может усиливать экспрессию провоспалительных цитокинов [21]. Уровень лептина в плазме коррелирует с ИМТ. Тем не менее только в нескольких исследованиях была проанализирована связь между нарушением функции легких и циркулирующим лептином. D. Sin и соавт. продемонстрировали на примере 2808 лиц с нарушениями функции легких без ожирения повышение уровня лептина в сыворотке крови [22]. До настоящего времени единственным адипокином, который оказывает противовоспалительное действие, является адипонектин, и его экспрессия снижается при ожирении [23]. Обострения ХОБЛ связаны с повышением уровня лептина в сыворотке и увеличением отношения лептин/адипонектин. Показана прямая связь этих изменений с уровнем ИЛ-6 и ФНО-α в сыворотке крови; в свою очередь, уровень адипонектина повышался при разрешении обострения ХОБЛ [24].

Считается, что до 1/3 общего количества циркулирующего ИЛ-6 высвобождается из жировой ткани, и в некоторых исследованиях была показана связь уровня ИЛ-6 в кровотоке с ИМТ [25]. ФНО-α является мощным стимулом синтеза ИЛ-6 в адипоцитах: после воздействия ФНО-α наблюдались 60-кратное увеличение продукции ИЛ-6 в дифференцированных адипоцитах, а также усиление выделения растворимого ФНО-R2 из жировой ткани [25]. ИЛ-8 также высоко экспрессируется и продуцируется в жировой ткани человека, и, как и в случае с ИЛ-6, ФНО-α представляет собой мощный стимулятор продукции и высвобождения ИЛ-8 из адипоцитов. У пациентов с ожирением была продемонстрирована положительная корреляция между циркулирующим ФНО-α и ИЛ-8 [26].

Результаты исследований с участием больных ХОБЛ с ожирением в сочетании с учением о плейотропных эффектах большинства медиаторов воспаления позволяют предположить, что между легкими и жировой тканью могут существовать физиологические и клинические значимые перекрестные связи. Во-первых, рецепторы двух типичных адипокинов, лептина и адипонектина, экспрессируются в периферических тканях, включая легкие. Интересно, что повышение экспрессии лептина в слизистой оболочке бронхов наблюдается у пациентов с ХОБЛ и ассоциируется с воспалением и обструкцией дыхательных путей [27]. Кроме того, полиморфизм рецепторов лептина связан со снижением легочной функции у больных ХОБЛ, тогда как адипонектин может ослаблять аллергениндуцированное воспаление дыхательных путей и гиперчувствительность, что может обусловливать его потенциальную защитную роль в дыхательных путях [28]. В свою очередь, экспрессия сурфактантного белка D, которая первоначально считалась ограниченной только легкими, была обнаружена как в эпителиальных клетках слизистых оболочек, так и в эндотелиальных клетках. Существует корреляционная связь между генетически детерминированным уровнем сурфактантного белка D в сыворотке крови и ИМТ, и в некоторых исследованиях эта связь была отрицательной [29]. Тем не менее природа такой взаимосвязи остается неизвестной, данные – довольно противоречивыми, и необходимы дополнительные исследования в этой области.

Заключение

Результаты нашего исследования в целом не противоречат мировым тенденциям и полученным результатам исследований других авторов. Можно сделать вывод о том, что у больных ХОБЛ с ожирением в отличие от больных ХОБЛ с нормальной массой тела выраженность системного воспаления достоверно выше, в частности исходя из статистически значимых различий в уровнях СРБ, интерферона-γ, ФНО-α, ФНО-R1, ФНО-R2. Однако данная тенденция не распространялась на классические представители цитокинового профиля – ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10, что может объясняться более сложными и требующими дальнейшего изучения механизмами. Дальнейшие углубленные исследования в этой области, возможно, позволят определить новые подходы к противовоспалительной терапии у больных ХОБЛ с ожирением, разработать новые лекарственные препараты, расширить показания к применению и критерии инициации включения в комплексную терапию уже имеющихся средств, например, ингаляционных глюкокортикостероидов, рофлумиласта.

 

Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ для поддержки ведущих научных школ РФ (НШ 4994.2018.7).

About the authors

E. S. Ovsyannikov

Burdenko Voronezh State Medical University

Author for correspondence.
Email: ovses@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8545-6255

к.м.н., доц. каф. факультетской терапии

Russian Federation, Voronezh

S. N. Avdeev

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: ovses@yandex.ru

чл.-кор. РАН, д.м.н., зав. каф. пульмонологии лечебного фак-та

Russian Federation, Moscow

A. V. Budnevsky

Burdenko Voronezh State Medical University

Email: ovses@yandex.ru

д.м.н., проф., зав. каф. факультетской терапии

Russian Federation, Voronezh

References

Supplementary files