Дослідження ролі оксидативного стресу та інтерлейкшу 1В в розвитку та перебігу склероми

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження ролі оксидативного стресу та інтерлейкшу 1В в розвитку та перебігу склероми

INVESTIGATION OF ROLE OF OXIDATIVE STRESS AND INTERLEUKIN 1Я IN DEVELOPMENT AND COURSE OF SCLEROMA

Kostiuchenko A. V. PhD, Clinical Associate Professor of Neurology, Vinnytsya National Pirogov Memorial Medical University, Vinnytsya, Ukraine

Marchuk I.A.

PhD, Associate Professor of Philosophy and Social Sciences,

Кіщук В.В.

доктор медичних наук, професор кафедри отоларингології

Грицун Я.П.

асистент кафедри отоларингології

Бондарчук О.Д.

кандидат медичних наук, доцент кафедри отоларингології,

Костюченко А.В. кандидат медичних наук, доцент кафедри нервових хвороб

Kishchuk V. V.

MD, Dr Sci, Professor of Otorhinolaryngology,

Grytsun Y.P.

Post-graduate Student of Otorhinolaryngology

Bondarchuk A.D.

PhD, Clinical Associate Professor of Otorhinolaryngology

Summary

Introduction. Scleroma is a rare, chronic, infectious granulomatous disease of the upper respiratory tract caused by Klebsiella pneumoniae subsp. rhinoscleromatis. The pathogenesis of scleroma remains poorly investigated, oxidative stress and impairment of immune system are considered as optional chains of pathogenesis of development and progression of the disease.

Purpose of the study is to evaluate the role of oxidative stress and level of proinflammatory interleukin 1p in blood serum and oropharyngeal secretion in development and progression of scleroma.

Materials and methods. A prospective study was conducted on 92 (33 men, 59 women; 53,5±14,57 years old) patients with scleroma, among them: 31 patients with predominantly infiltrative form of the disease, 30 - with mainly atrophic form, 31 -with prevalently scarry form. The progress of the oxidation was evaluated by determining the content of diene conjugates, malonic dialdehyde, protein carbonyl groups, the state of antioxidant protection judged by the activity of catalase and superoxide dismutases. IL-ip level in was measured by EIA.

Results and conclusions. Scleromatous impairment of upper airways is accompanied by oxidative imbalance, and mainly infiltrative form of scleroma is followed by most prominent increase of strength of free- radical reactions of oxidation of lipids and proteins in comparison with other forms of scleroma that is associated with significant activity of inflammatory process, increase of concentration of interleukin 1p in blood and oropharyngeal secretion. In atrophic and scarry forms more substantial decrease of activity of antioxidant chain and less pronounced changes of activity of peroxidation of lipids and proteins that is associated with suppression of inflammatory reaction and changes of proliferative potential of cells in comparison with infiltrative form occur. Immune inflammation and intensification of processes of free-radical oxidation are one of important chains of pathogenesis of scleroma.

Анотація

Показано, що склеромне ураження верхніх дихальних шляхів супроводжується оскидативним дисбалансом, що проявляється активацією процесів вільно-радикального окиснення ліпідів та протеїнів в умовах неспроможності або неповної спроможності механізмів антиоксидантного захисту. Переважно інфільтративна форма склероми супроводжується найбільш істотним зростанням інтенсивності вільно-радикальних реакцій окиснення ліпідів та протеїнів, порівняно з іншими формами склероми, що асоціюється з вираженою активністю запального процесу, збільшенням концентрації інтерлейкіну 1р в крові та ротоглотковому секреті. Натомість за атрофічної та рубцевої форм виникає більш істотне зменшення активності антиоксидантної ланки (каталаза та супероксиддисмутази) та менш виражені зміни активності пероксидації ліпідів і протеїнів, що асоціюється з ослабленням запальної реакції та змінами проліферативного потенціалу клітин, порівняно з інфільтративною формою.

Key words: scleroma, oxidative stress, humoral immunity, interleukin 1ft (IL-1fi). Ключові слова: склерома, оксидантний стрес, гуморальний імунітет, інтерлейкін 1@ (ІЛ-1в).

Склерома - рідке, повільно прогресуюче, специфічне (гранулематозне) запальне захворювання дихальних шляхів, спричинене Klebsiella rhinoscleromatis (бактерія Фріша- Волковича), що характеризується вираженими проліферативними змінами в слизовій оболонці верхніх дихальних шляхів, інколи з поширення на трахеобронхіальний тракт та неспецифічним ураженням внутрішніх органів і систем організму людини [2, 8, 11, 12]. Дані про епідеміологію склероми є поодинокими та суперечливими. Відомо, що на земній кулі нараховується більше 13 000 хворих на склерому, ендемічні вогнища і спорадичні захворювання якої зареєстровані в 168 країнах світу [5].

Питання про патогенез склероми залишається відкритим. На теперішній час це захворювання розглядається як локальний запальний процес верхніх дихальних шляхів із зміненими функціями клітин імунної системи. Ця концепція ґрунтується на останніх дослідженнях, котрі показали, що особливе значення при склеромі має клітинний імунітет, коли реакції фагоцитозу виявляються неспроможними знищити збудників (незавершений фагоцитоз), внаслідок чого виникає персистенція K. rhinoscleromatis, формується скупчення лімфоїдних клітин і макрофагів (гранульома). Так, декілька досліджень показали, що склерома може бути результатом аномальної функції макрофагів [4]. M. Fusconi et al. (2018) висувають гіпотезу, що склерома є своєрідним імунодефіцитом, при якому має місце якісна редукція інтервенції лімфоцитів, котрі є гіпореактивними до K. rhinoscleromatis [7].

Останнім часом існує консенсус у відношенні ролі оксидативного стресу в перебігу хронічних запальних процесів верхніх дихальних шляхів. Можна припустити, що негативний вплив активних кисневих інтермедіатів на склеромне ураження дихальних шляхів реалізується через ті ж механізми, що й за умов інших патологічних станів [9, 10, 15]. Показано, що активні форми кисню індукують перекисне окиснення ліпідів, протеїнів, ДНК, що супроводжується порушенням фосфоліпідного бішару клітинних мембран, розладами репаративного та проліферативного потенціалу клітин, активацією апоптозу. Поряд з цим відмічається дисрегуляція редокс-залежних процесів, виникає цитокіновий дисбаланс, ініціюється розвиток запальних та аутоімунних реакцій, змінюється продукція вазоактивних медіаторів [6, 10]. Однак, у дослідників немає єдиної думки щодо патогенетичної значущості прозапального інтерлейкіну-1 (IL-1) в крові та ротоглотковому секреті. Останній синтезується багатьма клітинами організму, в першу чергу активованими макрофагами, стимульованими В- клітинами та фібробластами, а його гіперпродукція багато в чому визначає «перехрест» між аутоімунітетом та аутозапаленням, що є характерним для багатьох імунозапальних захворювань.

Метою даної роботи було оцінити роль оксидативного стресу та рівня прозапального інтерлейкіну ір в сироватці крові й ротоглотковому секреті в розвитку та прогресуванні склероми.

Матеріали та методи. Представлений матеріал отриманий при обстеженні 92 (33 чоловіка, 59 жінок) хворих у віці від 23 до 79 років (в середньому - 53,5±14,57 років), з яких у 31 хворого була склерома з переважно інфільтративною формою, у 30 - склерома з переважно атрофічною формою, у 31 - склерома з переважно рубцевою формою. Групу порівняння склали 20 практично здорових пацієнтів.

Стан ферментної антиоксидантної системи визначали за активністю супероксиддисмутази та каталази. Активність супероксиддисмутази визначали за ступенем пригнічення окиснення кверцитину, активність каталази - за швидкістю деградації гідроген пероксиду в реакції з амоній молібдатом. оксидативний стрес склерома каталаза

Активність вільно-радикального окиснення ліпідів оцінювали за вмістом первинних та вторинних продуктів ліпопероксидації відповідно дієнових кон'югатів та малонового діальдегіду в крові, а активність процесів окисної модифікації протеїнів оцінювали на основі визначення вмісту карбонільних груп протеїнів в сироватці крові. Вміст дієнових кон'югатів оцінювали за світлопоглинанням ліпідного екстракту крові в ультрафіолетовій області спектра, рівень малонового діальдегіду - за реакцією з тіобарбітуровою кислотою за набором ТБК-Агат (Биоконт, РФ), карбонільних груп протеїнів - за реакцією з 2,4-динітрофенілгідразином.

Визначення концентрації інтерлейкіну ір здійснювали за допомогою імуноферментного методу з використанням стандартних комерційних наборів реактивів ТОВ Цитокін (РФ) згідно з інструкціями фірми-виробника.

Отримані в процесі дослідження дані аналізувались за допомогою статистичних методів, з використанням пакету програм «SPSS 23». Всі отримані кількісні дані оброблені методами варіаційної статистики з визначенням середнього значення, середнього квадратичного відхилення (с), помилки середнього. Для порівняння параметричних даних застосовували метод ANOVA (для декількох груп) і ^критерій Стьюдента для 2-х незалежних вибірок. Для порівняння непараметричних даних застосовували метод Манна-Уїтні для 2-х груп незалежних сукупностей.

Результати та обговорення. Аналіз даних таблиці 1 вказує на те, що у пацієнтів із склеромою по мірі розвитку захворювання спостерігається статистично значуща активація генерації вільних радикалів і активних форм кисню. Зокрема, специфічне ураження дихальних шляхів супроводжується різним ступенем наростання вмісту первинних продуктів пероксидації ліпідів, що залежить від форми склероми. Так, у пацієнтів із інфільтративною формою склероми концентраційний показник рівня дієнових кон'югатів виявився в 3 рази вище при співставленні з показником здорових осіб (р<0,001). Атрофічна та рубцева форми склероми викликають менш істотне збільшення рівня первинних продуктів ліпопероксидації. За атрофічної форми склероми рівень дієнових кон'югатів перевищує в 2,17 разів (р<0,001) показники контролю, а при рубцевій формі склероми супроводжується збільшенням вмісту цього метаболіту в 2,3 рази (р<0,001), порівняно зі здоровими особами. При цьому універсальний маркер перекисного окислення ліпідів - малоновий діальдегід - також виявився достовірно підвищеним у пацієнтів із інфільтративною формою захворювання в 3,2 рази при порівнянні зі здоровими особами (р<0,001). За атрофічної та рубцевої форм склероми їх рівень перевищує показники контролю відповідно в 2,4 та 2,5 рази (р<0,001) (рис. 1).

Таблиця 1

Статистичні дані розподілу показників оксидативного стресу в сироватці крові, інтерлейкіну 1в в крові та ротоглотковому секреті пацієнтів контрольної групи та хворих на різні форми склероми

Примітки:

- статистично достовірна відмінність (р<0,001) відносно показників здорових осіб;

- статистично достовірна відмінність (р<0,05) відносно показників у групі хворих на інфільтративну форму склероми.

Як видно з таблиці 1, за умов склеромного ураження дихальних шляхів реєструється також зростання активності окисної модифікації протеїнів, найбільш виражене при інфільтративній формі та менш істотне при атрофічній та рубцевій формах. Так, за інфільтративної форми склероми вміст карбонільних груп протеїнів перевищує контрольний показник в 1,9 рази (р<0,001). У пацієнтів на атрофічну та рубцеву форми склероми вміст цього метаболіту перевищує контроль на 32,5-38,3%.

Звертає увагу, що процеси інтенсифікації генерації активних форм кисню супроводжувалися паралельним зниженням активності антиоксидантної системи при склеромі, поглибюючи про-антиоксидантний дисбаланс. За умов переважно інфільтративної форми склероми активність каталази вірогідно не змінюється, тоді як значення параметрів антиоксидантного захисту у хворих із атрофічною та рубцевою формами склероми були достовірно нижчими відповідно на 28,1% та 23,7% при для активності каталази, на 33,3% та 28,2% для супероксиддисмутази в порівнянні зі здоровими особами (р<0,001 для всіх порівнянь). Статистично достовірної різниці між активністю каталази та супероксиддисмутази за атрофічної та рубцевої форм склеромного ураження дихальних шляхів не виявлено (див. табл. 1).

Отримані дані свідчать про виражене порушення оксидативної рівноваги, котре характеризується збільшенням активності генерації вільних радикалів по мірі збільшення тривалості захворювання та його форми при одночасній неспроможності фізіологічних антиоксидантних систем. При цьому зростає рівень прозапального ІЛ-1Р в сироватці крові в 7,2 рази у разі інфільтративної форми склероми, в 4,9 та 4,5 разів при атрофічній та рубцевій формах захворювання в порівнянні з даними здорових осіб. Дослідження концентрації ІЛ-ір в ротоглотковому секреті показало, що його середній рівень у хворих із інфільтративною формою склероми був вищим в 2,4 рази, ніж у здорових осіб, тоді як за атрофічної та рубцевої форм склеромного ураження дихальних шляхів рівні ІЛ-1 в в ротоглотковому секреті є в 1,9 та 1,7 рази меншими як у порівнянні з даними здорових осіб, так і за інфільтративній формі захворювання (р<0,001 для всіх порівнянь) (див. табл. 1).

Обговорення. Неясний патогенез склероми ускладнює підбір оптимального терапевтичного лікування. Активно обговорюється негативний вплив активних кисневих інтермедіатів на ураження дихальних шляхів, що ймовірно реалізується через ті ж механізми, що й за умов інших патологічних станів [1, 3]. Надмірне накопичення в тканинах активних реакційноздатних форм кисню є одним із важливих біохімічних механізмів пошкодження клітин за умов патології дихальних шляхів [15]. Цитотоксична дія кисневих радикалів опосередковується через активацію перекисного окиснення ліпідів, окисної модифікації протеїнів та ДНК, порушення редокс-залежних процесів, індукцію апоптозу, запалення та ін. [13, 14]. Досі роль оксидативного стресу в патогенезі хронічного специфічного запалення верхніх дихальних шляхів у хворих на різні форми склероми не вивчалася. В наших дослідженнях ми виявили, що склеромне ураження верхніх дихальних шляхів супроводжується дисбалансом в системі про- та антиоксидантів, котре супроводжується активацією процесів вільнорадикального окиснення ліпідів та протеїнів і викликає порушення редокс-статусу протеїнів. За умов різних форм склероми відмічаються деякі специфічні особливості змін в про- та антиоксидантному гомеостазі. Так, інфільтративна форма склероми супроводжується найбільш виразним зростанням інтенсивності вільнорадикальних реакцій окиснення ліпідів та протеїнів. Ці зміни в про- та антиоксидантному гомеостазі ймовірно асоціюється з вираженою активністю запального процесу та цитокіновим дисбалансом, порівняно з іншими формами склероми. Ми встановили, що рівень прозапального ІЛ-1Р в сироватці крові був вищим в 7,2 рази в порівнянні зі здоровими особами та в 1,5 рази в порівнянні з пацієнтами, які мали атрофічну або рубцеву форми захворювання. Натомість за атрофічної та рубцевої форм виникає більш істотне зменшення активності антиоксидантної ланки (каталаза та супероксиддисмутази) та менш виразні зміни активності пероксидації ліпідів і протеїнів, що асоціюється з ослабленням запальної реакції та змінами проліферативного потенціалу клітин, порівняно з інфільтративною формою. Ці зміни асоціюються із зниженням концентрації ІЛ-1Р в ротоглотковому секреті в 1,9 та 1,7 рази у порівнянні як із даними здорових осіб, так пацієнтів із інфільтративною формою захворювання (р<0,001 для всіх порівнянь). Останнє дозволяє припустити імунопатогенетичну роль пригнічення локального імунітету ротоглотки в розвитку та підтриманні хронічного запалення при склеромі. Виявлене зниження активності антиоксидантної системи з одночасним підвищенням концентрації первинних і вторинних продуктів ліпопероксидації, окислювальної модифікації білків та ІЛ-ір свідчить про взаємозв'язок імунної системи, оксидативного стресу та перебігу специфічного ураження слизової оболонки верхніх дихальних шляхів у пацієнтів із склеромою. Отримані нами дані підкреслюють важливість включення до стандартної схеми терапії антиоксидантного препарату, оскільки при його застосуванні очікується стримання змін прооксидантно-антиоксидантного гомеостазу, що ймовірно є прогностично сприятливим для подальшого перебігу захворювання.

Висновки

Склеромне ураження верхніх дихальних шляхів супроводжується оскидативним дисбалансом, що проявляється активацією процесів вільно-радикального окиснення ліпідів та протеїнів в умовах неспроможності або неповної спроможності механізмів антиоксидантного захисту.

Переважно інфільтративна форма склероми супроводжується найбільш істотним зростанням інтенсивності вільно-радикальних реакцій окиснення ліпідів та протеїнів, порівняно з іншими формами склероми, що асоціюється з вираженою активністю запального процесу, збільшенням концентрації інтерлейкіну ір в крові та ротоглотковому секреті. Натомість за атрофічної та рубцевої форм виникає більш істотне зменшення активності антиоксидантної ланки (каталаза та супероксиддисмутази) та менш виражені зміни активності пероксидації ліпідів і протеїнів, що асоціюється з ослабленням запальної реакції та змінами проліферативного потенціалу клітин, порівняно з інфільтративною формою.

Імунне запалення та інтенсифікація процесів вільно-радикального окислення являються однією з важливих ланок патогенезу склероми, на що вказує достовірне підвищення продуктів перекисного окислення ліпідів і білків в крові при паралельному зниженні антиоксидантного потенціалу сироватки крові та локального імунітету ротоглотки в залежності від основних клінічних особливостей перебігу склероми.

Список літератури

Дем'янов АВ, Котов АЮ, Сімбірцев АГ. Діагностична цінність досліджень рівня цитокінів в клінічній практиці. Цитокіни і запалення. 2003; 3: 20-8.

Дмитренко ІВ, Кіщук ВВ. Досвід надання невідкладної допомоги хворим на склерому при гострому порушенні дихання. Журнал вушних, носових і горлових хвороб. 2006; 3-с: 128-9.

Заболотний ДІ, Мельников ОФ, Тимченко СВ, Заболотна ДД. Дослідження ротоглоткового секрету у хворого на хронічні запальні та алергічні захворювання верхніх дихальних шляхів (Методичні рекомендації). Київ, 2008. 27 с.

Canalis RF, Zamboni L. An interpretation of

the structural changes

responsible for the chronicity of rhinoscleroma. Laryngoscope. 2001;111:1020-6.

de Pontual L, Ovetchkine P, Rodriguez D, Grant A, Puel A, Bustamante J, et al. Rhinoscleroma: a French national retrospective study of epidemiological and clinical features. Clin Infect Dis. 2008;47(11):1396- 402.

Dizdaroglu M. Oxidatively induced DNA damage: mechanisms, repair and disease. Cancer Lett. 2012; 327(1-2):26-47.

Fusconi M, Greco A, Cattaneo CG, Ciofalo A, Ralli M, de Vincentiis M. Social geography of Rhinoscleroma and qualitatively and quantitatively abnormal cell-mediated immunity. Infect Genet Evol. 2018;62:17-9.

Gaafar HA, Bassiouny M, El Mofty M, Badour NM, Nour YA. Experimental intravenous inoculation of Klebsiella rhinoscleromatis bacilli in albino rats: a histopathological andbacteriological study. Acta Otolaryngol. 2000;120(2): 279-85.

Jesenak M., Zelieskova M., Babusikova E. Oxidative Stress and Bronchial Asthma in Children- Causes or Consequences? Front Pediatr. 2015;5:162.

Jiang L, Diaz PT, Best TM, Stimpfl JN, He F, Zuo L. Molecular characterization of redox mechanisms in allergic asthma. Ann. Allergy Asthma Immunol. 2014; 113(2):137-42.

Malkud S, Mahajan P. Rhinoscleroma: An Unusual Presentation. Indian Dermatol Online J. 2018;9(3):191-3.

Mukara BK, Munyarugamba P, Dazert S, Lohler J. Rhinoscleroma: a case series report and review of the literature. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2014;271(7): 1851-6.

Sena LA, Chandel NS. Physiological roles of mitochondrial reactive oxygen species. Mol.Cell. 2012;48(2):158-67.

Ziech D, Franco R, Pappa A, Panayiotidis M. Reactive oxygen species (ROS)--induced genetic and epigenetic alterations in human carcinogenesis. Mutat Res. 2011;711(1-2):167-73.

Zinellu E, Zinellu A, Fois AG, Carru C, Pirina P. Circulating biomarkers of oxidative stress in chronic obstructive pulmonary disease: a systematic review. Respir. Res. 2016;17(1):150

Размещено на Allbest.ru