Содержание к диссертации
Введение
Глава. 1. Оксид азота в механизмах формирования хронической бронхолегочной патологии у детей (обзор литературы) 10
Глава 2. Материалы и методы исследований 28
Глава 3. Клиническая характеристика больных 36
3.1.Клиническая характеристика больных хронической пневмонией...36
3.2. Клиническая характеристика больных с врожденными пороками развития бронхов и легких 42
3.3. Клиническая характеристика больных бронхиальной астмой 48
3.4. Клиническая характеристика больных муковисцидозом 53
3.5. Клиническая характеристика больных альвеолитами 57
3.6. Клиническая характеристика больных хроническими бронхитами 59
Глава 4. Динамика продукции оксида азота при хронической бронхолегочной патологии у детей 63
4.1 .Содержание метаболитов оксида азота в сыворотке крови и жидкости бронхоальвеолярного лаважа 63
4.2. Сравнительная оценка изменений продукции оксида азота при различных формах хронических воспалительных заболеваний легких 73
4.3. Зависимость между содержанием метаболитов оксида азота в сыворотке крови и жидкости бронхоальвеолярного лаважа 82
Глава 5. Продукция оксида азота на фоне комплексной терапии у детей с хроническими воспалительными заболеваниями легких
Глава 6. Динамика продукции оксида азота при нарушениях внешнего дыхания и кровообращения у детей с хроническими воспалительными заболеваниями легких 93
6.1. Изменения продукции оксида азота, гемоглобина и функции дыхательной системы в зависимости от гипоксемии 93
6.2. Взаимосвязь между показателями кардиореспираторной системы и продукцией оксида азота 98
Глава 7. Обсуждение результатов 107
Выводы 126
Практические рекомендации 127
Список литературы
- Клиническая характеристика больных с врожденными пороками развития бронхов и легких
- Клиническая характеристика больных муковисцидозом
- Сравнительная оценка изменений продукции оксида азота при различных формах хронических воспалительных заболеваний легких
- Взаимосвязь между показателями кардиореспираторной системы и продукцией оксида азота
Клиническая характеристика больных с врожденными пороками развития бронхов и легких
Оксид азота - газообразное соединение со свободным неспаренным электроном, синтезируется различными клетками организма млекопитающих, либо путем окисления атомом кислорода аминокислоты L-аргинина в присутствии специфического фермента NO-синтазы (NOS), либо нитритным путем без участия NOS [1, 12, 83, 161, 180, 210]. В свободном состоянии оксид азота короткоживущая молекула, период ее полужизни колеблется от 6 до 30 секунд. За это время NO может взаимодействовать с липидами, тирозином, атомами железа и серы, входящими в состав макромолекул человека, образуя железонитрозильные и нитрозотиоловые соединения. Конечными продуктами метаболизма оксида азота (NO) в организме человека являются нитриты (NO"2) и нитраты (N0 ), которые выводятся преимущественно (95%) с мочой и их количество адекватно отражает синтез N0 в организме человека [11,14, 31, 54, 82,157,158].
Свободная и связанная с другими веществами молекула N0 обнаруживается во всех органах и тканях. Свободная молекула N0 беспрепятственно пересекает клеточные мембраны, не нуждаясь в рецепторах, и проникает внутрь клеток путем пассивной диффузии, осуществляя пара- и аутокринную регуляцию жизнедеятельности клеток [32, 80, 138]. В жидких средах организма оксид азота проявляет свою бактерицидность и оказывает на него разнообразные физиологические воздействия.
Обнаружение внутриклеточного синтеза N0 явилось открытием ранее неизвестной регуляторной системы организма - системы оксида азота. Оксид азота образуется путем ферментных превращений под влиянием NO-синтазы обнаруженой во многих клеточных системах организма: в эндотелии, нейронах, миоцитах сосудов, скелетных мышцах, миокарде, тромбоцитах, фибробластах, иммунных клетках, нейтрофилах, тучных клетках, гепатоцитах. В легких оксид азота образуется в клетках эндотелия артерий и вен, нейронах неадренергической нехолинергической ингибирующей нервной системы (НАНХ), эпителиоцитах, макрофагах, нейтрофилах и др. [11, 12, 81,159,166,181,182 186, 210, 212].
По характеру индукции и действию ферменты разделяются на два вида: конститутивные и индуцибельные NO-синтазы. Имеются две изоформы конститутивные — NOS (эндотелиальная eNOS или тип 3 и нейрональная nNOS или тип 1), и одна - индуцибельная iNOS (или тип 2). Изоформы NO-синтазы отличаются друг от друга кодирующими генами, локализованными на 7, 12, и 17-ой парах хромосом человека, распределением в клетках, способом регуляции и скоростью ответа на стимул. В последнее время предполагают существование 4-й изоформы фермента - митохондриальной NOS [14, 16, 27, 30, 38, 56, 172,206, 215]. Продуцируемая iNOS прежде всего предназначена для защиты организма, она способствует снижению активности пограничных воспалительных клеток, гибели микроорганизмов и внутриклеточных паразитов, тормозит агрегацию тромбоцитов и улучшат местное кровообращение.
В настоящее время, специфичные для разных тканей и клеток N0-синтазы достаточно хорошо изучены. Определены их молекулярные массы, первичные структуры, нуклеотидные последовательности и хромосомная локализация соответствующих генов. Семейство синтаз присутствует в большинстве тканей: эндотелиальных клетках, гепатоцитах, фибробластах, гладких миоцитах, нейтрофилах, макрофагах, эритроцитах, нейронах [15, 29, 70, 87, 97, 123,134, 162,172, 174,183].
Индуцибельная NO-синтаза (iNOS) - кальций-независимая и кальмодуллин-независимая - способна продуцировать оксид азота в большом количестве в течение длительного времени. Она образуется в воспалительных клетках в ответ на действие эндотоксинов и некоторых цитокинов, биологически активными веществами, продуцируемыми при сепсисе, а также аналогичными соединениями, генерируемыми бактериями [2, 37, 45, 52, 58, 61, 74, 127, 191]. Гиперпродукция оксида азота, обусловленная функщюнированием iNOS, может иметь место не только в сосудах, но и в миокарде, нервной ткани, тканях секреторных и иных органов. При высоких концентрациях оксид азот обнаруживает уже не регуляторное, а цитостатическое и цитотоксическое действие, приводящее к различным патологическим проявлениям аутоиммунного характера [98, 149,164,208].
Конститутивная NO-синтаза (cNOS) находится в цитоплазме, является кальцийзависимой и кальмодуллинзависимой и способствует выделению небольшого количества оксида азота на короткий период в ответ на рецепторную и физологическую стимуляцию [60, 62, 63, 168, 170, 191]. Фермент существенно инактивируется при низких концентрациях свободного кальция и максимально активен при его содержании около 1 мМ. Оксид азота, образующийся под влиянием cNOS, действует как переносчик физиологических ответов и участвует в таких процессах, как регуляция тонуса и структуры легочных сосудов (NO-медиатор, через который эндотелий передает миоцитам команду о расширении сосудов при действии ацетилхолина, гистамина), бронходилатация (у человека выражена слабо, преимущественно в крупных бронхах), цилиарный транспорт, воспаление и иммунная защита. Гиперпродукция оксида азота в иммунокомпетентных клетках - макрофагах и нейтрофилах - может иметь положительное значение для организма. Именно здесь оксид азота действует как один из основных эффекторов системы клеточного иммунитета, направленный на уничтожение в организме патогенных микробов и злокачественных клеток. Кроме этого, наряду с активными формами кислорода оксид азота принимает активное участие в бактерицидной защите организма, проявляя свою антимикробную активность [165, 187, 193].
Клиническая характеристика больных муковисцидозом
При изучении анамнеза выявлено, что у всех детей имелись указания на перенесенную тяжелую, часто затяжную пневмонию. Она развилась на первом году жизни у 41 ребенка (50,6%), у 19 (23,5%) - в возрасте до 2-х лет, у 14 детей (17,3%) - в возрасте 3-5 лет, а у 7 детей (8,6%) первые признаки заболевания появились после пятилетнего возраста и были связаны с перенесенным острым заболеванием.
Влажный постоянный кашель с отделением гнойной мокроты, количество и характер которой изменялись в зависимости от периода заболевания (обострение, ремиссия), сохранялся у детей 76,5% случаях.
В отделение 63 ребенка (77,7%) поступили в период обострения и 18 (22,3%) из них - в период ремиссии. Обострения у детей протекали по бронхитическому типу и только у 20 (32,8%) был выражен бронхообструктивный компонент.
Было выявлено, что у большинства детей (61,7% - 50 чел.) обострения возникали более четырех раз в год и проявлялись усилением кашля, изменением характера мокроты и увеличением количества сухих и влажных хрипов.
Основными жалобами, предъявляемыми детьми во время обострения, были усиление имеющегося кашля, выделение гнойной мокроты, появление одышки при физической нагрузке, общая слабость, утомляемость.
При осмотре у 30 (37%) из обследованных детей отмечались различные виды деформации грудной клетки в виде асимметричного уплощения на стороне поражения, сдавленности с боков, килевидного выпячивания или воронкообразного втяжения грудины, бочкообразной деформации. Деформация концевых фаланг в виде "барабанных палочек" и ногтей в виде "часовых стекол" имелась у пяти (6,2%) детей. Отставание в физическом развитии выявлено у 14 (17,3%) детей. Выраженность клинических симптомов заболевания зависела от степени распространенности бронхолегочного процесса, характера поражения бронхов, периода болезни (обострение или ремиссия).
В отличие от больных первичной хронической пневмонией у детей с пороками развития легких обострения возникали чаще, протекали тяжелее и длительнее и имели выраженную клиническую симптоматику, что требовало назначения интенсивной продолжительной антибактериальной терапии.
Постоянный (разной интенсивности) влажный кашель с отделением умеренного количества светлой мокроты, преимущественно в утренние часы, отмечался у всех детей в периоде обострения болезни и у 65% детей, находящихся в ремиссии.
В легких выслушивались влажные разнокалиберные хрипы, а у некоторых больных - сухие свистящие хрипы при наличии бронхообструктивного синдрома.
Клиническая картина при различных видах пороков является схожей, поэтому диагностика основывается на совокупности клинических симптомов, изменений функции дыхания и, главным образом, по характерным бронхологическим признакам.
Рентгенологическая картина определялась видом и распространенностью порока, фазой процесса (обострение, ремиссия). При гипоплазии долей или сегментов легкого рентгенологически выявлялось уменьшение объема и деформация легочного рисунка пораженных отделов.
При бронхографии обнаруживали уменьшение числа генераций бронхов и их деформацию (простая гипоплазия), а при кистозной гипоплазии - деформированные и расширенные бронхи, заканчивающиеся колбовидными и шаровидными полостями. При синдроме Вильямса-Кэмпбелла рентгенологически определялись усиление и грубая деформация легочного рисунка, бронхографически - колбовидные расширения бронхов 3-8 порядка, за которыми прослеживались неизмененные дистальные отделы бронхов.
При синдроме Картагенера на рентгенограмме органов грудной клетки у всех больных выявлялось обратное расположение внутренних органов, грубая деформация легочного рисунка, бронхоэктазы в нижних отделах, нечеткость контуров сердца.
На рентгенограммах придаточных пазух носа было обнаружено тотальное и субтотальное затемнение обеих гайморовых пазух.
На бронхограммах определялись пневмосклероз с деформацией бронхов разной степени выраженности.
Большинству детей (83,4%) этой группы была проведена бронхоскопия. В результате проведенного исследования у 74,1% детей был выявлен двусторонний процесс и у 25,9% - односторонний. В зависимости от характера поражения слизистой оболочки бронхов выявлены: катаральный эндобронхит - у 43,3% больных, катарально-гнойный-у 35,2%, гнойный - у 21,5%.
При бактериологическом исследовании мокроты (проводилось до начала антибактериальной терапии) у 56 детей с пороками развития легких и бронхов у 44 (78,6%) высевался этиологически значимый микробный возбудитель, а в 12 (21,4%) - условно-патогенная флора.
В группе больных с высевом этиологически значимой флоры у 18 (40,9) детей получена гемофильная палочка, у 14 (31,8%) - пневмококк, у 3 (6,8%) - золотистый стафилококк, у 5 (11,4%) детей высевалась Ps.aeroginossa, у 4 (9,1) Br.catarallis. Бактериологическое исследование промывных вод бронхов было сделано 24 детям. У 18 (75%) больных роста микробной флоры не было, высев микробной флоры наблюдался только у 6 (25%) детей, из них у трех - этиологически значимой (гемофильная палочка и пневмококк). Исследование функции внешнего дыхания методом флоуметрии проводилось 76 детям (93,8%). У 67 (88,2%) из них выявлены нарушения бронхиальной проходимости различной степени выраженности: небольшие - у 11 человек (16,4%), умеренные - у 24 (35,8%), значительные - у 32 (47,8%) детей. Нарушения бронхиальной проходимости отсутствовали у 14 (11,8%) больных. По анализу периферической крови у детей, находившихся в периоде обострения, был установлен умеренный лейкоцитоз у 20 человек (32,8%), у 12 (19,7%) больных наблюдался нейтрофилез и палочкоядерный сдвиг и у 18 (29,5%) - ускоренное СОЭ. При исследовании газового состава и кислотно-основного состояния крови у 43 (53,1%) детей выявлена гипоксемия, у 38 (46,9%) парциальное давление кислорода в крови было нормальным. На ЭКГ были изменения у 75 детей (92,6%); из них у 26 человек выявлена гипертрофия правого желудочка, у 29 - легочная гипертензия (P/R 0,25), у 15 - нарушение ритма сердца, снижение вольтажа PQ отметили у 5 детей.
Сравнительная оценка изменений продукции оксида азота при различных формах хронических воспалительных заболеваний легких
Проведенные нами исследования позволяют дать характеристику различий продукции оксида азота у больных с различными бронхолегочными заболеваниями.
Для того чтобы оценить существенность этих различий, их статистическую достоверность и значимость в разных нозологических группах больных, была проверена вероятность нулевой гипотезы (об отсутствии значимых различий), которая оценивалась с помощью критерия Стьюдента и для более точной оценки - по критерию Ньюмона-Кейлса. Расчеты показали, что значения того и другого критериев превышали критические, поэтому можно утверждать, что имеются статистически значимые различия (уровень значимости а=0,01) в содержании метаболитов оксида азота в биологических средах между разными обследованными группами больных и в сравнении с контрольной группой,
На основании материалов, изложенных в предыдущих разделах, можно провести обобщающий сравнительный анализ данных о продукции оксида азота в сыворотке крови и в бронхоальвеолярном лаваже у больных хроническими воспалительными заболеваниями лёгких (рис. 1-3).
Наиболее высокие уровни метаболитов оксида азота в сыворотке крови отмечались у больных муковисцидозом и с врождёнными пороками развития лёгких и бронхов, (в этой группе - особенно при синдромах Картагенера и Вильямса-Кэмпбелла), что в 2,5 - 2 раза выше их уровней в референтной группе детей (р 0,001 ).
Содержание оксида азота у детей в группе с врождёнными пороками развития лёгких различались в зависимости от имеющегося порока на 16,8 - 34%.
Во всех изученных нозологических группах самые низкие уровни содержания продукции оксида азота отмечены у больных хроническим бронхитом - 33,84±3,10 мкМ/л, но и в этом случае они были в 1,4 раза выше (р 0,01), чем в контрольной группе.
При хроническом бронхите значения метаболитов оксида азота практически не отличались от значений у больных альвеолитами (35,72±4,15 мкМ/л) и бронхиальной астмой (35,8513,64 мкМ/л). При этом содержание оксида азота в сыворотке крови таких больных на 16 - 23% ниже (р 0,05), чем у больных хронической пневмонией.
Анализ динамики эндогенной продукции оксида азота при указанных формах хронических воспалительных заболеваний лёгких у детей свидетельствует, что обострение воспалительного процесса сопровождалось существенным повышением уровней метаболитов оксида азота в сыворотке крови (в 1,4-2,5 раза; р 0,05) в сравнении с данными референтной группы (рис.1). 5 50 к
При снижении активности воспалительного процесса (в фазе ремиссии) продукция оксида азота уменьшалась (на 17 - 45% в зависимости от нозологической формы). При этом следует отметить, что как во время обострения процесса, так и в период ремиссии, происходило увеличение (от 1,3 до 2,5 раз, р 0,05) содержания метаболитов оксид? азота по сравнению с контрольной группой (рис.2). 1 контроль 2 пороки развития а 3 хрон пневмония О 4альвеолит В 5БА
Вместе с тем, было выявлено, что на уровень эндогенной продукции оксида азота особенно влияет распространенность воспалительного процесса. У детей с хронической пневмонией при двусторонней локализации процесса содержание метаболитов оксида азота (46,7±3,85 мкМ/л ) было в 1,9 раза (р 0,05) выше, нежели у детей референтной группы и в 1,4 раза (р 0,05) - по сравнению с больными, у которых было одностороннее поражение (33,36± 3,78 мкМ/л).
Таким образом, при хроническом течении воспалительных заболеваний легких у детей оксид азота синтезируется в больших количествах как активный медиатор и эффектор антипатогенной защиты. Можно полагать, что на высоте обострения воспалительного процесса эндогенная продукция N0 существенно увеличивается под действием провоспалительных цитокинов, прежде всего, у-интерферона (у-ИФ), фактора некроза опухоли а (ФНОа) и некоторых бактериальных липополисахаридов [164, 176]. Наряду с этим, у изученных нами ХВЗЛ у детей несомненное значение в увеличении синтеза оксида азота имеет активация инфицированных альвеолярных макрофагов, полиморфноядерных лейкоцитов и лимфоцитов. Превалирование этих клеточных элементов в очаге воспаления усиливает функциональную экспрессию iNOS, что сопровождается повышением эндогенной продукции N0 и других активных соединений азота до высоких концентраций, обеспечивающих цитотоксические и бактериостатические свойства макрофагов и других клеток [87, 150, 184]. Важно отметить, что синтез больших количеств N0 и апоптотическая гибель инфицированных макрофагов, затрудняющая диссеминацию инфекции, вызываются только вирулентными штаммами бактерий [180].
Как указывалось, основным возбудителем для ХВЗЛ является гемофильная палочка, которая при обострении высевается значительно чаще, чем в период ремиссии, равно как у больных с двусторонними и полисегментарными поражениями (по сравнению с односторонними ограниченными процессами) [20, 46, 51, 97, 107, 108, 109]. Гемофильная палочка почти постоянно присутствует у больных пороками развития легких и бронхов.
С этих позиций становится понятным значительное увеличение эндогенной продукции оксида азота у детей с пороками развития бронхов и легких распространенного типа, у которых гемофильная палочка высевалась постоянно, а при обострении ХВЗЛ у детей этот возбудитель высевался в 1,8 раза чаще, чем в период ремиссии.
В связи с этим особое значение приобретает уникальная способность оксида азота локально блокировать реактивацию и распространение инфекции при обострении хронического воспаления в броихолегочной системе у детей.
Взаимосвязь между показателями кардиореспираторной системы и продукцией оксида азота
При умеренной гипоксемии повышается активность эндотелиальной NO-синтазы за счет увеличения внутриклеточной концентрации Са2+, уровень которого тесно связан с высвобождением эндотелиального N0, что в конечном итоге и приводит к увеличению продукции оксида азота. При этом в стенке сосудов формируется и закономерно нарастает объем депо N0, что позволяет обеспечить поддержание эндотелийзависимых дилататорных реакций сосудов и антигипертензионный эффект, которые реализуются через активацию растворимой гуанилатциклазы [90,182,191, 196].
Резкое падение эндогенной продукции оксида азота при тяжёлой хронической гипоксемии определяется преимущественно тем, что синтез оксида азота в сосудистом эндотелии замедляется и при этом происходит расходование имеющегося депо N0. Это и приводит к снижению показателей содержания метаболитов оксида азота [81].
Таким образом, при гипоксии в организме усиливается продукция оксида азота и создается его некоторый активный резерв, который может быть использован в случае необходимости. В условиях дефицита оксида азота это должно обеспечить поддержание эндотелийзависимых дилататоров реакций сосудов и антигипертензионный эффект.
Нами также исследовались ещё не достаточно изученные до настоящего времени зависимости между параметрами продукции оксида азота в биологических средах, показателями функции внешнего дыхания, гемодинамики и уровнем артериальной гипоксемии при некоторых ХВЗЛ у детей (хроническая пневмония, врожденные пороки развития легких и бронхов и бронхиальная астма)[49, 50]. Следует отметить, что при умеренной гипоксемии у больных детей формировалось более выраженное снижение объёма форсированного выдоха за одну секунду (ОФВ) - от 18,7 до 26,2%) по сравнению с форсированной жизненной ёмкостью лёгких (ФЖЕЛ), которая уменьшалась (на 9,6 - 14,8%) по сравнению с контролем. При этом содержание метаболитов оксида азота в сыворотке крови обследованных детей увеличивалось на 17,6- 19,4%.
При нарастании степени гипоксемии нами было отмечено резкое снижение ОФВі (на 34 - 45%) по сравнению с должным уровнем. Также значительно уменьшалась ФЖЕЛ (на 35% в обеих группах). По сравнению с уровнем у детей референтной группы содержание метаболитов оксида азота в сыворотке крови и лаважной жидкости этих больных снижалось на 13,5-16,6%.
Корреляционный анализ показал, что между показателями продукции оксида азота и функции внешнего дыхания (ФЖЕЛ и ОФВі) у обследованных больных с ХВЗЛ выявляется положительная умеренная связь: г= 0,6(р 0,05).
Таким образом, полученные нами данные свидетельствуют, что при выраженных нарушениях кислородного баланса у детей, страдающих хроническими воспалительными заболеваниями легких, со значительным ухудшением показателей функционального состояния респираторной системы (ФЖЕЛ и ОФВі) существенно уменьшается продукции оксида азота, особенно резко этот процесс выражен в условиях тяжёлой гипоксемии.
Ухудшение бронхиальной проходимости способствовало развитию функциональных нарушений кардиореспираторной системы, характеризующихся существенными сдвигами гемодинамики у больных хронической пневмонией, бронхиальной астмой и с врожденными пороками развития лёгких и бронхов. Нарастание бронхиальной обструкции ВН2 (ОФВі - 70-61% от должной величины) приводило к увеличению диастолического, среднего динамического и бокового систолического давлений, а при ВНз (значительные нарушения ОФВг менее 60%) к снижению этих показателей.
Установлено, что у детей с ХВЗЛ даже при нормальном уровне напряжения кислорода в крови было понижено (на 4 - 12%) диастолическое, боковое систолическое и среднее динамическое давления по сравнения с нормой. Максимальное систолическое давление повышено на 3,8 -14,3%.
При гипоксемии давление снижалось (на 7,5 - 35%), особенно резко диастолическое и боковое систолическое, и в меньшей степени (3 - 5%) -максимальное систолическое. С нарастанием гипоксемии (ниже 70 мм.рт.ст.) происходило незначительное повышение давлений, но они все равно оставались ниже (на 8,3 - 27,9%) нормальных значений.
Сердечный индекс при всех рассмотренных нами заболеваниях выше (на 7 - 34%) значений в контрольной группе, причем наибольшая разница отмечалась у больных с врождёнными пороками легких и бронхиальной астмой, наименьшая - при хронической пневмонии. По сравнению с больными, не имевшими гипоксемии, во всех обследованных группах сердечный индекс был меньше в 1,1 - 1,5 раза.
При умеренной гипоксемии сердечный индекс по сравнению с контролем уменьшился на 6,6 - 28,7%. С нарастанием гипоксемии сердечный индекс продолжал уменьшаться, но был или выше (на 13% при бронхиальной астме), или ниже (на 10% при пороках развития легких), чем при контроле. Изменялось и удельное периферическое сопротивление кровотоку (УПС) во всех случаях оно было в 1,1 - 1,5 раза ниже, чем у детей контрольной группы. С нарастанием гипоксемии УПС повышалось, но все равно оставалось ниже - в 1,1 - 1,4 раза.
