Біомаркери бронхіальної астми у дітей: старі або нові підходи?

1. Індивідуалізація терапевтичного підходу
2. Фракційна концентрація видихається оксиду азоту
3. Температура повітря, що видихається
4. Конденсат, що видихається
5. Леткі органічні сполуки
6. підсумки

Резюме. Розглянуто інгаляційні маркери захворювання і традиційні інвазивні підходи

Бронхіальна астма є поширеним, потенційно важким хронічним захворюванням, яке в більшості випадків відповідає на ефективну терапію, спрямовану на контроль симптоматики і мінімізацію частоти і ризику розвитку загострень. В основі бронхіальної астми лежить хронічне запалення дихальних шляхів, а крім цього, основною патофізіологічної особливістю захворювання є обструкція бронхів через звуження їх просвіту, набряку слизової оболонки і гіперсекреції. Все патогенетичні механізми бронхіальної астми ще не повністю охарактеризовані, тому сам термін цього захворювання застосовується до гетерогенної групи патологічних станів, які характеризуються фіксованим або лабільним обмеженням потоку повітря в дихальних шляхах, різними формами запалення, різним впливом вірусних і бактеріальних інфекцій, варіабельності кашльові рефлексом і гіперсекрецією слизу.

Для такого складного синдрому, як бронхіальна астма, ідентифікований цілий ряд патогенних факторів, в тому числі генетична схильність і кілька чинників навколишнього середовища. Також різні події в ранньому віці можуть мати тісний зв'язок з розвитком респіраторних захворювань протягом усього подальшого життя. Вірусні інфекції, вплив тютюнового диму і харчові фактори - це лише деякі з ранніх екологічних проблем, які можуть відігравати важливу роль у розвитку бронхіальної астми і орієнтувати пошук нових стратегій раннього попередження цього патологічного стану.

Ключем до патогенезу бронхіальної астми є взаємодія між людиною і навколишнім середовищем, що призводить до виникнення різних клінічних фенотипів з різними типами Візінга (ранній, тимчасовий, стійкий, пізній) і запалення дихальних шляхів (еозинофільні, нейтрофільні і ін.), А також різним відповіддю на лікування. Незважаючи на те що ці фенотипи часто мають важливе клінічне значення, вони не завжди дають уявлення про процеси, що лежать в основі бронхіальної астми. Саме тому нещодавно була представлена ​​концепція ендотіпов бронхіальної астми, яка прокладає шлях до класифікації захворювання згідно підтипів в залежності від лежачих в основі функціональних і патофізіологічних механізмів. Цей підхід здається багатообіцяючим щодо поліпшення розуміння патогенезу бронхіальної астми.

Індивідуалізація терапевтичного підходу

У цій ситуації фундаментальним є пошук біомаркерів, здатних орієнтувати діагностику, менеджмент і лікування пацієнтів з бронхіальною астмою і, можливо, сприяти розробці персоналізованих методів лікування. Це може привести до розробки нового, більш точного підходу, який, в першу чергу, зможе ідентифікувати патологічний процес за допомогою неінвазивних методів виявлення запалення дихальних шляхів замість традиційної оцінки симптомів і функції легень.

Золотим стандартом дослідження запалення дихальних шляхів є бронхоскопія з бронхоальвеолярного лаважу і біопсією, але інвазивність таких процедур обмежує їх використання в педіатричній практиці. Запалення дихальних шляхів може бути ефективно вивчено шляхом аналізу мокротиння, так як її клітинний склад сильно корелює з аналогічним в рідині бронхоальвеолярного лаважу. Індукція виділення мокротиння також менш інвазивна, ніж бронхоскопія, але аналіз харкотиння є технічно більш складним і страждає від вираженої варіабельності в повсякденній клінічній практиці. З огляду на недоліки доступних інвазивних тестів, велика увага приділяється розробці неінвазивних методів дослідження патогенних механізмів, що лежать в основі бронхіальної астми, з використанням аналізу повітря, що видихається, що особливо актуально в педіатричній практиці. Виходячи з цього, вчені Італії розглянули деякі підходи, запропоновані останнім часом, для оцінки їх можливої ​​ролі в характеристиці бронхіальної астми. Результати цієї роботи надруковані 7 серпня 2018 року в журналі «Asthma Research and Practice».

Фракційна концентрація видихається оксиду азоту

Перший звіт про присутність газоподібного оксиду азоту в повітрі, що видихається людиною повітрі датований 1993 роком. У 1997 р виявлені підвищені концентрації оксиду азоту в повітрі, що видихається у дітей з бронхіальною астмою і ще більш високі рівні при загостренні захворювання, а також різке зниження концентрації при застосуванні пероральної стероїдної терапії. В результаті на початку 2000-х років було опубліковано велику кількість робіт, які вивчають взаємозв'язок між фракційних концентраціями видихається оксиду азоту і бронхіальну астму.

Кілька потенційних способів застосування аналізу рівня видихається оксиду азоту, особливо в якості діагностичного інструменту, вивчені при бронхіальній астмі у дітей для прогнозування відповіді на застосування інгаляційних глюкокортикостероїдів і управління терапією. У багатьох дослідженнях виявлена ​​кореляція між концентрацією оксиду азоту і еозинофілією мокротиння, еозинофілією в крові, рівнями імуноглобуліну Е і ін. Таким чином, концентрація оксиду азоту вважається маркером загального ендотіпа бронхіальної астми, що характеризується Th2-опосередкованим запаленням дихальних шляхів, еозинофілією і реакцією на застосування інгаляційних глюкокортикостероїдів. Відзначається, що, оскільки підвищені концентрації оксиду азоту описані і при інших атопічних станах, було висловлено припущення, що низькі концентрації оксиду азоту при нееозинофільний фенотипе бронхіальної астми можуть бути прогностично більш важливими, ніж підвищені рівні при еозинофільному варіанті. Зважаючи на це висловлено припущення, що аналіз концентрації оксиду азоту може допомогти клініцистам ідентифікувати розвиток бронхіальної астми на ранніх етапах серед дітей дошкільного віку з рецидивуючими хрипами.

Більш ранні дослідження потенційної ролі аналізу оксиду азоту в орієнтації щодо лікування не завжди вважали корисним включати його в заснований на симптомах підхід до лікування за допомогою інгаляційних глюкокортикостероїдів, але більш свіжі дані свідчать про те, що його використання може допомогти в профілактиці загострень бронхіальної астми, що вимагає застосування пероральних глюкокортикостероїдів. Деякі вчені припустили, що змінюються рівні оксиду азоту та їх взаємна кореляція з симптомами можуть генерувати корисну інформацію про тяжкості і контролі бронхіальної астми. Таким чином, навіть якщо немає чітких доказів для підтримки використання аналізу рівня оксиду азоту на додаток до стандартних методів терапії, заснованої на симптоматиці, для повсякденного контролю над астмою, можливо, терапія, заснована на рівнях оксиду азоту, може значно поліпшити контроль симптомів при деяких субфенотіпах бронхіальної астми.

Хороша стандартизація методу вимірювання концентрації оксиду азоту в повітрі, що видихається і дослідження, що демонструють його потенційні клінічні напрями використання, привели до прийняття його в якості методу, що сприяє управлінню на бронхіальну астму, в керівних принципах британського Національного інституту охорони здоров'я і вдосконалення медичної допомоги (National Institute for Health and Care Excellence - NICE). З іншого боку, в керівних принципах GINA (Global Initiative for Asthma - Глобальна ініціатива по бронхіальній астмі) поки не рекомендують його клінічне застосування. Нещодавно з'явилося припущення, що аналіз концентрації оксиду азоту дійсно може зіграти важливу роль в стратифікації пацієнтів відповідно до особливостей еозинофільного запалення і бути використаним в якості можливого методу для впровадження більш персоналізованого терапевтичного підходу.

Температура повітря, що видихається

Вимірювання температури повітря, що видихається було запропоновано як неінвазивний метод для виявлення запалення і ремоделювання дихальних шляхів. Запропоновано декілька методів вимірювання температури повітря, що видихається, таких як швидкість підвищення температури повітря, що видихається, пік температури повітря, що видихається і показник плато на момент закінчення видиху. У педіатричній популяції ці методи нелегко застосовувати, тому було запропоновано нове і спрощене пристрій для вимірювання температури повітря, що видихається під час спокійного дихання.

Результати раніше проведених досліджень показали, що температура повітря, що видихається асоційована з виразністю запалення дихальних шляхів, вона підвищується при неадекватно контрольованої бронхіальній астмі і знижується у відповідь на протизапальну терапію, вона значно вище у пацієнтів з тяжкою формою бронхіальної астми в порівнянні з особами з легким або помірним перебігом захворювання, а також вона відображає зміни вираженості запалення дихальних шляхів у дітей з вірус-індукованими загостреннями бронхіальної астми. Варто відзначити, що в деяких дослідженнях не виявлено взаємозв'язок температури повітря, що видихається зі ступенем контролю бронхіальної астми .

Конденсат, що видихається

Цей неінвазивний метод може бути використаний для оцінки запалення дихальних шляхів. Конденсат збирається шляхом охолодження повітря, що видихається при контакті з холодною поверхнею. Варто розуміти, що конденсат повітря, що видихається є розведеною рідиною, склад якої майже повністю представлений водою, і, отже, його аналіз вимагає застосування високочутливих методів для надійної оцінки розчинених речовин. Оскільки цей метод вимагає тільки лише спокійного дихання, він може бути безпечно і без будь-яких побічних ефектів застосовуватися навіть серед пацієнтів дошкільного віку. Більш того, розроблені методи збору конденсату повітря, що видихається для дітей раннього віку та навіть немовлят.

Отриманий конденсат містить нестабільні летючі (наприклад пероксид водню), полулетучіе і нелеткі молекули (білки і цитокіни), що переносяться респіраторними крапельками. Вважається, що склад цих крапель відображає склад рідинної складової дихальних шляхів, що дозволяє провести неінвазивне дослідження легеневих біохімічних і запальних процесів. Багато біомолекули, маркери запалення дихальних шляхів і окисного стресу були ідентифіковані і проаналізовані саме в конденсаті повітря, що видихається дітей з бронхіальною астмою.

Незважаючи на виражений потенціал представленого неінвазивного методу оцінки біомаркерів бронхіальної астми, основним обмеженням, що перешкоджає його широкого клінічного застосування, залишається відсутність систематичного, скрупульозного опису того, як слід збирати, зберігати і аналізувати конденсат. Нещодавно був опублікований «Технічний стандарт Європейського респіраторного товариства» ( «A European Respiratory Society technical standard»), в якому містяться технічні норми і рекомендації по збору та аналізу зразків конденсату повітря, що видихається.

Багато досліджень, які вивчають запалення дихальних шляхів, були зосереджені на ейкозаноїди - великій групі гетерогенних метаболітів арахідонової кислоти, вироблених в результаті вільнорадикальної або ферментативної оксигенації, включаючи простаноїди, лейкотрієни етиловий. Лейкотрієни B4 є потужними медіаторами запалення і хемоаттрактантамі для нейтрофілів, які грають роль в патофізіології бронхіальної астми. Підвищені рівні цих лейкотрієнів були виявлені в конденсаті повітря, що видихається дітей з бронхіальною астмою. Також показано, що концентрація лейкотрієнів В4 в два рази вище у пацієнтів з бронхіальною астмою, які не брали глюкокортикостероїди, ніж у здорових людей.

Цистеїнові лейкотрієни (C4, D4 і E4), які є потужними констріктора і прозапальних медіаторами, раніше були виявлені в більш високих концентраціях в конденсаті повітря, що видихається пацієнтів з бронхіальною астмою, особливо у випадках нестабільної або важкої форми захворювання. Дослідницька група вчених продемонструвала, що рівні цистеїнових лейкотрієнів знижуються після 5-денного курсу перорального застосування преднізону при загостренні бронхіальної астми, що свідчить про те, що глюкокортикоїди можуть впливати на посилення продукції лейкотрієнів, пов'язане із загостренням бронхіальної астми. Тим часом, інша група вчених виявила, що концентрація цистеїнових лейкотрієнів в повітрі, що видихається і відсоток еозинофілів в індукованої мокротинні були нижче після уникнення впливу алергенів.

Що стосується окисного стресу, то в зразках конденсату повітря, що видихається виявлені кілька потенційних біомаркерів, таких як 8-ізопростан і пероксид водню. 8-ізопростани є простагландіноподобних з'єднання, отримане в ході пероксидації арахідонової кислоти. Відзначається значне підвищення рівня 8-ізопростана у дітей з бронхіальною астмою, особливо під час загострення захворювання. Виявлено, що 5-денний курс преднизона (перорально) знижує рівні 8-ізопростана, хоча вони залишаються вищими, ніж у здорових осіб. Ці дані свідчать про те, що глюкокортикостероїди не можуть бути повністю ефективною монотерапией в лікуванні окисного стресу у дітей із загостренням бронхіальної астми. Іншим маркером окисного стресу, що виявляються в конденсаті повітря, що видихається, є пероксид водню. Метааналіз, проведений серед дорослих пацієнтів з діагностованою на бронхіальну астму, показав, що концентрації пероксиду водню в конденсаті повітря, що видихається у них вище, а також корелюють з тяжкістю захворювання, контролем перебігу хвороби і відповіддю на терапію стероїдами. При цьому рівні пероксиду водню також знижуються у пацієнтів з бронхіальною астмою, які приймають глюкокортикоїди. Подібним чином маркерами окисного стресу можуть служити 3-нітротирозину, нітрит і нітрат, але є суперечливі результати щодо зв'язку між цими молекулами і вагою бронхіальної астми.

Леткі органічні сполуки

Леткі органічні сполуки продукуються легкими або верхніми дихальними шляхами, а також з системи кровообігу через легеневі капіляри потрапляють в альвеоли. Однак варто розуміти, що на збір таких речовин можуть впливати екологічні, фізіологічні і методологічні чинники, включаючи стану до, під час і після збору матеріалу для аналізу.

підсумки

На закінчення дослідники прийшли до висновку, що за останні 20 років велика кількість досліджень на тему бронхіальної астми (особливо в педіатричній практиці) фокусировали увагу саме на неінвазивних біомаркерів у видихуваному повітрі. Аналіз концентрації оксиду азоту в повітрі, що видихається не може бути рекомендований для всіх дітей з бронхіальною астмою на регулярній основі, але він може зіграти важливу роль в характеристиці специфічного піддається терапії ознаки (Th2-опосередковане еозинофільні запалення). Аналіз повітря, що видихається залишається одним з найбільш цікавих підходів до вивчення бронхіальної астми у дітей, при цьому багато нові підходи (протеоміка і метаболоміка) здаються багатообіцяючими в аспекті характеристики біомаркерів, пов'язаних з конкретними ендотіпамі бронхіальної астми .

• Ferraro V., Carraro S., Bozzetto S. et al. (2018) Exhaled biomarkers in childhood asthma: old and new approaches. Asthma Res. Pract., Aug. 7, 4: 9.

Олег Мартишін