ОСОБЕННОСТИ ИММУННОГО СТАТУСА, ГОМЕОСТАЗА ЦИНКА И МЕДИ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ В УСЛОВИЯХ ГЕОХИМИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННОГО ДЕФИЦИТА ЦИНКА

ИММУНОПАТОЛОГИЯ

УДК 616.24-008.4-02

Ó Коллектив авторов, 2008

Поступила 05.04.2008 г.

Л.Н. ИВАНОВ, Н.Д. УХТЕРОВА,

Е.И. ГЕРАНЮШКИНА

ОСОБЕННОСТИ ИММУННОГО СТАТУСА, ГОМЕОСТАЗА ЦИНКА И МЕДИ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ

В УСЛОВИЯХ ГЕОХИМИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННОГО ДЕФИЦИТА ЦИНКА

Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, Чебоксары

Иммунный статус больных с обострением ХОБЛ в условиях естественного дефицита цинка характеризуется выраженным угнетением Т-клеточных функций и фагоцитоза, дисбалансом в экспрессии активационных маркеров на лимфоцитах - CD 25, CD 71, HLA - DR , CD 95. Выявленные особенности в иммунном статусе у больных ХОБЛ из цинкдефицитной территории связываются с дисбалансом гомеостаза цинка и меди. Снижение Т-клеточной функции, для которого показана четкая корреляционная связь с повышением индекса медь/цинк, можно рассматривать как одно из иммунопатогенетических звеньев ХОБЛ в условиях естественного дефицита цинка, определяющее неблагоприятное клиническое течение этого заболевания.

The immune status of the patients with chronic obstructive lungs disease COLD in the conditions of the natural zinc deficiency is characterized by suppression of T-cells functions and phagocytosis disorder in expression of activated markers lymphocytes - CD25, CD71, HLA-DR, CD95. The detected peculiarities immune status of the patients with COLD FROM THE zinc deficient TERRIOTORY are connected with imbalance of zinc and copper homeostasis. Decrease of T-cells functions for which the distinct correlating connection with increase of zinc and copper index can be considered as one of immune-pathogenetic chains COLD in the conditions of the natural zinc deficiency affecting clinical manifestation of this disease.

Изучение влияния факторов внешней среды на здоровье человека и течение различных заболеваний являются одной из актуальных проблем современной медицины. Обращает на себя внимание факт ассоциации распространенности инфекционно-воспалительных заболеваний легких с биогеохимическими условиями среды проживания человека [1].

Целью нашего исследования явилось изучение иммунного статуса, гомеостаза цинка и меди при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) в Прикубнино-цивильском субрегионе Чувашии, отличающемся недостаточным содержанием в объектах окружающей среды (почве, воде) эссенциального микроэлемента - цинка. В качестве контрольных использованы показатели пациентов Присурского субрегиона, характеризующегося достаточной обеспеченностью цинком.

Материалы и методы. Оценка иммунного статуса включала иммунофенотипирование лимфоцитов методом непрямой иммунофлюоресценции с использованием моноклональных антител CD3, CD4, CD8, CD16, CD20, CD25, CD71, HLA-DR, CD95. Содержание сывороточных IgM, IgG, IgA исследовали методом радиальной иммунодиффузии в геле по G. Manchini et al. Концентрацию циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) определяли методом осаждения полиэтиленгликолем ПЭГ-6000. Фагоцитарную активность оценивали в латекс-тесте с определением фагоцитарного индекса. Содержание цитокинов интерлейкина-1b (IL-1b), интерлейкина-4 (IL-4), интерлейкина-8 (IL-8), фактора некроза опухоли-α (TNFα), интерферона-g (IFN-g) в сыворотке крови оценивали методом твердофазного иммуноферментного анализа. О функциональной активности Т-лимфоцитов составляли представление по способности превращаться в бластные клетки в культуре, стимулированной универсальным митогеном - фитогемагглютинином (ФГА). О реакции на β-счетчике судили по количеству включившегося радиоактивного Н3-тимидина в делящиеся клетки. Результат выражался в индексах стимуляции, который определялся как отношение числа импульсов радиоактивности в культуре лимфоцитов без ФГА к числу импульсов в культуре с ФГА. В целях изучения влияния ионов цинка на функциональную активность лимфоцитов в исследование добавлен вариант ФГА-индуцированной лимфопролиферации с дополнительным внесением в культуру лимфоцитов сульфата цинка (50 мкМ в пересчете на элементарный цинк). Цинк и медь в периферической крови (ПК) определяли методом жидкостной атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Статобработка результатов проведена с использованием параметрических и непараметрических методов статанализа.

Результаты и обсуждение. Результаты проведенного исследования (табл. 1) показали, что у больных, проживающих в субрегионе с недостатком цинка, было меньшим число Т-лимфоцитов, Т-хелперов, NK-клеток (CD16). На этом фоне снижена ФГА-индуцированная пролиферация Т-лимфоцитов. Кроме того, у больных ПЦС наблюдались сокращение численности клеток, экспрессирующих ранние активационные маркеры - CD25 и СD71, а также уменьшение процентного числа клеток, несущих CD95 (рис. 1).

Таблица 1

Показатели иммунного статуса у больных ХОБЛ

Показатель, х106/л

Контрольный

Субрегион, n=20

Цинкдефицитный

Субрегион, n=40

Лейкоциты

M±SD

6384±1675

M±SD

6754±2058

Нейтрофилых 3880±1194 4482 ±1518
Лимфоциты 2000±829 1710±611
CD3+ 953±485 616 ±257 **
CD4+ 546±265 334 ±138***
CD8+ 418±190 331 ±171
CD4+ /CD8+ 1,3±0,27 1,1 ±0,3
CD16+ 325±217 214±108*
CD20+ 419±225 243 ±94 ***
Фагоцитар-ный индекс,% 56,0±9,3 47,0±6,3 ***
ЦИК, у.д. 21,2±13,4 23,5±23,9
IgM, г/л 1,5±0,7 1,3 ±0,3
IgG, г/л 12,3±4,6 12,6 ±4,3
IgA, г/л 2,5±1,5 3,1 ±0,7*
Индекс стимуляции на ФГА 26,7±16,2 14,1±6,3***
Индекс стимуляции на ФГА+Zn2+ 22,3±16,5 21,3±13,2

_________________

* р < 0,05, ** p <0,01, *** p < 0,001 - достоверность различий показателей в группах по критерию Стьюдента

Рис.1. Показатели экспрессии активационных маркеров лимфоцитов у больных ХОБЛ:

p<0,05, ** p<0,01, *** p<0,001 - достоверность различий показателей в группах

Анализ показателей цитокинового статуса демонстрировал у больных цинкдефицитного субрегиона более низкий уровень цитокина IFN-g (рис. 2). Ранее мы отметили у больных ПЦС уменьшение экспрессии антигенов CD25, являющихся рецепторами для другого цитокина - интерлейкина-2 (IL-2), что косвенно подтверждало снижение продукции указанного цитокина. Эти данные свидетельствовали о более выраженном угнетении у больных ПЦС, по сравнению с контролем, активности клеточного механизма адаптивного иммунного ответа, ассоциированного, как известно, с продукцией IFN-g и IL-2. Концентрация IL-8 - основного медиатора, обеспечивающего подвижность и хемотаксис фагоцитов, также достоверно уменьшена у пациентов, испытывающих недостаток цинка.

пг/мл

ИЛ-1 β ИЛ-4 ИЛ-8 ИФН- γ

Рис. 2. Показатели цитокинового статуса у больных ХОБЛ:

** p<0,01, *** p<0,001 - достоверность различий показателей в группах

Таким образом, сравнительная оценка иммунного статуса больных двух рассматриваемых групп, проведенная на самых разных уровнях с привлечением результатов исследования экспрессии активационных маркеров, цитокинового статуса, иммунофенотипирования клеток, культурального метода, свидетельствовала о том, что у больных цинкдефицитного субрегиона более выражено угнетение Т-клеточного иммунного ответа и фагоцитарной активности нейтрофилов. Вероятно, это вызвано изменением гомеостаза цинка у больных ПЦС. Действительно, результаты исследования содержания цинка в периферической крови у больных ПЦС и контрольного субрегиона подтвердили предположение. Данные сравнительного изучения содержания цинка и меди в ПК в изучаемых группах больных представлены в табл. 2. У больных ПЦС существенно ниже содержание цинка в сыворотке ПК (табл. 2).

Таблица 2

Сравнительная оценка содержания цинка и меди в сыворотке ПК у больных ХОБЛ

Концентрация микроэлемента

Контрольный

субрегион, n=20

Цинкдефицитный

субрегион, n=40

Цинк, мкг/ дл

Медь,

Медь/цинк

96,1 (75,8 - 135,8)

101,6 (76,7 - 118,1)

0,99 (0,64 - 1,55)

53,3 (43,4 - 62,5) ***

96,17 (65,2 - 112,1)

1,81 (1,3 - 2,3)***

__________

Примечания: 1. - Данные представлены в виде Me (P10 - P90), где Me - медиана, P10 - 10 перцентилей, P90 - 90 перцентилей ;

2. - *** pm - w< 0,001, ** pm - w< 0,01 - достоверность различий показателей в группах по критерию Манна-Уитни

У больных ХОБЛ прослеживалась связь между показателями гомеостаза изучаемых микроэлементов и некоторыми иммунологическими параметрами. Наиболее значимые ассоциации представлены в табл. 3.

Таблица 3

Статистически значимые корреляции между иммунологическими параметрами

и содержанием микроэлементов (цинк, медь) в ПК у больных ХОБЛ

Иммунологический параметр

Уровень меди

в сыворотке

Индекс медь/цинк
rs prs rs prs
Лейкоциты NS NS
Лимфоциты (абс.) NS NS
Нейтрофилы (абс.) NS NS
В-лимфоциты (абс.) NS NS
Т-лимфоциты, % - 0,49 0,0001 - 0,72 0,001
ИФН-γ NS - 0,56 0,0001

_______________

Примечания: 1. - rs - коэффициент корреляции рангов по Спирмену, prs - достоверность;

2. - (абс.) - абсолютное значение; 3. - статистически достоверными принимались значения rs между ±0,5 и ±1,0

Приведенные результаты показали, что иммунный статус больных с обострением ХОБЛ в условиях естественного дефицита цинка характеризовался более выраженным угнетением Т-клеточных функций и фагоцитоза, дисбалансом в экспрессии активационных маркеров на лимфоцитах - CD25, CD71, HLA-DR, CD95. Последние описывали связанные с клеточным циклом процессы активации (CD25), пролиферации (CD71), дифференцировки (HLA-DR) и апоптоза клеток (CD95). Активированные клетки могли вступать в клеточный цикл, приводящий к митотическому делению клетки (позитивная активация). Возможен и противоположный исход активации клетки - индукция апоптоза и ее гибель (негативная активация). Мы сопоставили число лимфоцитов, несущих маркеры позитивной активации, с числом клеток, экспрессирующих Fas-рецептор апоптоза, путем определения индекса (CD25++CD71++HLA-DR+)/CD95+. Медиана этого показателя у больных ПЦС составила 0,86, что в 1,8 раза ниже соответствующего индекса в контрольной группе, в которой он оказался равным 1,56. Следовательно, у больных ХОБЛ в условиях дефицита цинка происходил сдвиг в соотношении активационных маркеров в сторону уменьшения экспрессии маркеров позитивной активации и наблюдалось повышение готовности к Fas-опосредованному апоптозу. Убедительным доказательством уменьшения потенциала позитивной активации МНК больных ПЦС явилось снижение ФГА - индуцированной пролиферации лимфоцитов, существенно повышавшееся при добавлении в среду культивирования сульфата цинка (см. табл. 1). Наше внимание привлек ранее не описанный при хроническом бронхите факт повышения уровня другого микроэлемента - меди в сыворотке крови у больных как цинкдефицитного, так и контрольного субрегионов. Известны конкурентные отношения в кишечном всасывании и за белковосвязывающие сайты между парой микроэлементов - цинком и медью. Ряд авторов предложил использовать коэффициент медь/цинк для характеристики гомеостаза названных микроэлементов в организме. Анализируя литературные источники, посвященные данной проблеме, мы встретили очень интересную, на наш взгляд, работу Van Weyenbergh et al., в которой проводились аналогии между отношением медь/цинк и балансом функций Th1 и Th2 [9]. Авторы обнаружили, что плаз­менный уровень меди положительно коррелировал с концентрацией специфических антилейшманиозных антител IgG и отрицательно - с уровнем продукции цитокина Th1 - ИФН-γ. Van Weyenbergh et al. предлагали рассматривать повышение индекса медь/цинк в качестве индикатора ослабления Th1/клеточной функции. Другие авторы отметили инфор­мативность этого коэффициента для характеристики тяжести патологического процесса при самом широком ряде заболеваний - туберкулезе легких, раке шейки матки, эндогенной бронхиальной астме, ВИЧ-инфекции, инфекционном мононуклеозе, кори, сахар­ном диабете, кожных заболеваниях [2-8]. По данным разных авторов, средние значения индекса медь/цинк в сыворотке крови у здоровых колебались от 1 до 1,2 [5, 9]. Превышение индекса медь/цинк значения 1,0 коррелировало с повышением смертности при ВИЧ-инфекции [6].

Согласно нашим данным, медиана сывороточного индекса медь/цинк у больных в контрольном субрегионе ниже 1,0. В условиях природного дефицита цинка этот показатель был существенно выше, его медиана составила 1,8. Обнаружение у больных ХОБЛ обратной корреляционной связи значения индекса медь/цинк с процентным числом Т-лимфоцитов

(rs = - 0,70, prs = 0,01) и уровнем ИФН-γ (rs = - 0,58, prs = 0,0001) позволило считать, что повышение уровня меди в сыворотке крови ассоциировалось с ослаблением Т-клеточного иммунного ответа.

Выявленные особенности в иммунном статусе у больных ХОБЛ из цинкдефицитной тер­­ритории связаны с дисбалансом гомеостаза цинка и меди. Снижение функции Th1, для ко­­торого показана четкая корреляционная связь с повышением индекса медь/цинк, можно рас­сматривать как одно из иммунопатогенетических звеньев ХОБЛ в условиях естественного де­фицита цинка, определяющее неблагоприятное клиническое течение этого заболевания, что проявилось в преобладании в группе больных цинкдефицитной территории затяжного течения воспалительного процесса, торпидности к терапии, склонности к нагноительным про­цессам. Приведенные особенности клинического течения, а также специфические черты иммунопатогенеза ХОБЛ, выявленные у жителей цинкдефицитной территории, продик­то­ва­ли поиск нового подхода к лечению, предусматривающего устранение дисбаланса медь/цинк и стимуляцию функции Th1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Сусликов В.Л. Геохимическая экология болезней. Т.2: Атомовиты. М.: Гелиос, 2000. 668 с.
  2. Al-Saleh E. et al. Maternal-fetal status of copper, iron, molybdenum, selenium and zinc in patients with gestational diabetes //J. Matern. Fetal Neonatal. Med. 2004. Vol. 16, N1. P.15-21.
  3. Cunzhi H. et al. Serum and tissue levels of six trace elements and copper/zinc ratio in patients with cervical cancer and uterine myoma //Biol. Trace Elem. Res. 2003. Vol. 94, N2. P. 113-122.
  4. Fota-Markowska H. et al. Copper/zinc ratio in measles patients //Ann. Univ. Mariae Curie Sklodowska [Med]. 2003. Vol.58, N1. P.291-296.
  5. Kadrabova J. et al. Plasma zinc, copper and copper/zinc ratio in intrinsic asthma // J. Trace Elem. Med. Biol. 1996. Vol.10, N1. P. 50-53.
  6. Lai H. et al. Plasma zinc, copper, copper:zinc ratio, and survival in a cohort of HIV-1-infected homosexual men. //J. Acquir. Immune Defic. Syndr. 2001. Vol.27. N1. P. 56-62.
  7. Songchitsomboon S. et al. Serum copper and zinc levels in Thai patients with various diseases. //J. Med. Assoc. Thai. 1999. Vol.82, N 7. P.701-706.
  8. Tasaki M. et al. Analyses of serum copper and zinc levels and copper/zinc ratios in skin diseases. //J. Dermatol. 1993. Vol. 20, N1. P.21-24.
  9. Van Weyenbergh J. et al. Zinc/copper imbalance reflects immune dysfunction in human leishmaniasis: an ex vivo and in vitro study //BMC Infect. Dis. 2004. Vol. 4. P. 50.