Экологическая зависимость функции внешнего дыхания у больных с бронхиальной астмой, проживающих в г. Владивостоке

Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference

13. Kharitonov S.A., Barnes P.J. Biomarkers of some pulmonary diseases in exhaled breath. Biomarkers. 2002; 7(1): 1-32.

14. Malerba M., Radaeli A., Olivini A., Damiani G., Ragnoli B., Montuschi P., Ricciardolo F.L.M. Exhaled nitric oxide as a biomarker in copd and related comorbidities. Biomed Res Int. 2014; 2014: 271918. doi: 10.1155/2014/271918.

15. Prado C M., Martins M.A., Tiberio I.F.L.C. Nitric oxide in asthma physiopathology. ISRN Allergy. 2011; 2011. Article ID 832560, 13 p.

16. Schropfer F., Riobo N., Carreras M.C., Alvarez B. Oxidation of uniquinol by peroxynitrite: implication for protection of mitochondria against nitrosative damage. Biochem. J. 2000; 349: 35-42;

17. Shu-Yi H., Pai-Chien Ch., Tsai-Yu W., Yu-Lun L., Wen-Ching J., Li-Fei Ch., Te-Fang Sh., Kian Fan Ch., Chun-Hua W., Han-Pin K. Exercise-induced changes in exhaled no differentiates asthma with or without fixed airway obstruction from COPD with dynamic hyperinflation. Medicine (Baltimore). 2016; 15(95): e3400. doi: 10.1097/MD.0000000000003400.

Сведения об авторах

Бочарова Н.В. Bocharova N.V., к.б.н., младший научный сотрудник лаборатории биомедицинских исследований Владивостокского филиала ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» - Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения; 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г e-mail: NatellaV@inbox.ru;

Новгородцева Т.П. Novgorodtseva T.P., д.б.н., профессор, заместитель директора по НИР Владивостокского филиала; Владивостокского филиала ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» - Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения; 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г, e-mail: nauka@niivl.ru.

© Коллектив авторов, 2017 г doi: 10/5281/zenodo.835310

Удк 614.715: 574.24:616.2

Л.В. Веремчук, Е.Е. Минеева, Т. И. Виткина

экологическая зависимость функции внешнего дыхания у больных с бронхиальной астмой, проживающих в г. владивостоке

Владивостокский филиал ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» -Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения, г. Владивосток

Загрязнение окружающей среды, климатические условия часто связывают с распространением и обострением бронхиальной астмы. В настоящем исследовании эта связь оценивается с помощью пороговых значений, полученных с использованием дискриминантного анализа. Обследовано 172 пациента с контролируемой и неконтролируемой бронхиальной астмой. Для диагностики функции внешнего дыхания применяли спирографию с проведением пробы с ингаляционным бронходилататором и бодиплетизмографию. Загрязнение окружающей среды оценивали по уровню «общего загрязнения» среды, показателям объема выброса «газовых компонентов», распределению пылевых взвесей по фракциям, содержанию токсичных металлов в воздухе. Результаты расчетов показали, что критерии воздействия факторов среды на функцию внешнего дыхания отличаются по величине в зависимости от степени контроля над бронхиальной астмой. При неконтролируемой бронхиальной астме патогенное действие внешних факторов возрастает в 2 раза, отмечается повышение метеозависимости, особенно при резком изменении влажности воздуха.

Ключевые слова: загрязнение окружающей среды, пороговые значения, бронхиальная астма. Для корреспонденции: Веремчук Л.В., e-mail: veremchuk_lv@mail.ru

L.V. Veremchuk, E.E. Mineeva, T.I. Vitkina

ecological dependence of function of external respiration in patients with bronchial asthma living in Vladivostok

Vladivostok Branch of Far Eastern Scientific Center of Physiology of Respiration - Research Institute of Medical Climatology and Rehabilitation Treatment, Vladivostok, Russia

Environmental pollution, climatic conditions are often associated with the spread and aggravation of asthma. In the present study, this relationship is estimated using threshold values obtained using discriminant analysis. 172 patients were investigated with controlled and uncontrolled bronchial asthma. For the diagnosis of respiratory

function applied spirograph by holding the sample with inhaled bronchodilator and bodyplethysmography. Environmental pollution was assessed according to the level of «total pollution» of the environment indicators emissions «gas components», the distribution of dust suspensions by fractions, the content of toxic metals in the air. The results of the calculations showed that the criteria of the impact of environmental factors on the function of external respiration differ in magnitude, depending on the level of control over bronchial asthma. With uncontrolled bronchial asthma pathogenic influence of external factors is increased by 2 times, increase of meteozavisimosti, especially when a sudden change in humidity.

Keywords: environmental pollution, threshold values, bronchial asthma.

For correspondence: Veremchuk L.V., e-mail: veremchuk_lv@mail.ru.

Conflict of interests. The authors are declaring absence of conflict of interests. Financing. The study had no sponsor support.

Распространение заболеваний органов дыхания в городской среде во многом определяется высоким уровнем техногенного загрязнения воздушной среды [12]. Согласно литературным данным, бронхиальная астма (БА) выявляется преимущественно у жителей промышленных городов с высоким уровнем загрязнения внешней среды и патогенными свойствами климатических условий [10, 11, 13].

Органам дыхания принадлежит главная роль в адаптации организма к условиям окружающей среды, поэтому характер экологической зависимости функции внешнего дыхания (ФВД) определяется особенностями и критериями внешнего воздействия [1, 6].

Цель исследования: определение пороговых критериев воздействия факторов окружающей среды на функцию внешнего дыхания больных бронхиальной астмой разной степени контроля, проживающих в г. Владивостоке.

Материалы и методы. Город Владивосток находится на юге российского Дальнего Востока, имеет муссонный тип климата, который в сочетании с техногенным прессом, связанным с высоким уровнем автотранспортных нагрузок, вызывает повышенные физиологические нагрузки на ФВД.

В исследовании участвовали 172 пациента с бронхиальной астмой, пациентов, проживающих в г. Владивостоке. Среди обследованных бронхиальная астма контролируемого течения была выявлена у 101 пациента, неконтролируемая бронхиальная астма диагностирована у 71 пациента. Обследование пациентов проводили после подписания информированного согласия, в соответствии с требованиями Хельсинской декларации (2013) по протоколу, одобренному Комитетом по биомедицинской этике Владивостокского филиала ДНЦ ФПД - НИИ МКВЛ. Заболевание диагностировали в соответствии с рекомендациями GINA (2016) [9].

Исследование респираторной функции проводили на аппарате Master Screen Body (Care Fusion, Германия) в стандартных условиях с регистрацией потоко-во-объемных показателей во время форсированного экспираторного маневра и бодиплетизмографии. По

данным спирографии оценивался тип и степень нарушений легочной вентиляции. Для исследования обратимости обструкции использовали пробу с ингаляционным бронходилататором (сальбутамол 400 мкг).

Пациенты проживали в районах с неблагоприятными экологическими условиями, связанными с близостью автотрасс, дорожными развязками, тепловыми станциями, плотной селитебной застройкой и другими объектами загрязнения. Степень загрязнения среды оценивали через индекс «общего загрязнения среды», как соотношение фактического состояния (загрязнение почв, плотность застройки, интенсивность автомобильных дорог, площадь зеленой зоны) к максимально высокому качеству внешней среды, соответствующему санитарно-гигиеническим и рекреационным нормам [3]. Согласно ПДК рассчитывали объем выброса «газовых компонентов» в атмосферу города (оксид и диоксид азота, формальдегид, сероводород, оксид углерода) [5]. Для оценки состояния воздушной среды использовали данные распределения воздушных пылевых взвесей по фракциям (0-1; 1-10; 10-50; 50-100; 100-400; 400-700; >700 мкг/м3) и токсичным металлам в воздухе (РЬ, Сг, Мп, Fe, Со, №, Си, 2п) [4].

Климатические условия оценивали с позиции учета метеопараметров (температура, влажность, давление воздуха, направление и скорость ветра, количество осадков, явления) в день, за 1 день и за 2 дня до обследования пациентов, которые позволяли определять уровень метеозависимости у больных БА [3, 8]. В расчетах использовали интегральный показатель «погодный комплекс», учитывающий совместное действие климатических показателей в трех позициях метеозависимости. Так как метеопараметры имели различные единицы измерения, при статистической обработке данных применяли информационно-энтропийный анализ (у.е.) [7].

Определение критериев внешнего воздействия проводили на основе использования модуля дискри-минантных функций ^ТАТКТГСА 8) [2]. Дискрими-нантная функция оценивалась показателем лямбда Уилкса (а) с учетом ее статистической значимости

Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference •

(р). Чем меньше величина показателя (а) при высокой статистической значимости результата (р<0,05), тем факторы внешнего воздействия активнее влияют на показатели ФВД. Алгоритм расчета складывался из первоначального кодирования качественного состояния факторов внешнего воздействия по уровню ПДК, санитарно-гигиеническим и рекреационным нормам. Коду 1 - соответствовали данные < ПДК или медико-рекреационные нормативы («благоприятная» среда), код 2 - уровню > ПДК или превышение санитарно-гигиенических и рекреационных норм («неблагоприятная» среда). При отсутствии нормативных данных использовались диапазоны разброса количественных показателей, где величины выше средней относились к «неблагоприятным», ниже - к «благоприятным» условиям внешней среды. Для выделения доминирующих факторов воздействия отбирали только те дискриминантные функции (а), которые имели высокую статистическую значимость результата (р<0,05). Определение критериев воздействия проводили на основании анализа константы «функции классификации» в модуле «Дискриминантный анализ». Наибольшая величина константы указывала на преобладание дискриминирующего действия определенного кода, соответствующего «благоприятной» и «неблагоприятной» среде. В результате на основании выбора кода с наибольшей величиной константы, имеющего определенный количественный диапазон, определяли критерий внешнего воздействия.

Результаты и обсуждение. На основании проведения дискриминантного анализа в группе больных с контролируемой бронхиальной астмой, из 36 взятых в разработку факторов внешнего воздействия, разделительной (дискриминантной) функцией (при р<0,05) обладали 5 факторов: крупные размеры пылевых фракций (400-700 мкм) и 4 климатических показателя (погодный комплекс в день обследования, температура за 2 дня, влажность и давление воздуха за 1день до обследования). Причем дис-криминантные функции, согласно величине лямбда Уилкса, имели достаточно высокие показатели (а=0,69-0,81), что указывает на достаточно активную адаптивно-компенсаторную способность ФВД у больных с контролируемой формой заболевания.

Определение климатических критериев доминирующих факторов воздействия на больных с контролируемой БА показал некоторое снижение количественных показателей относительно известных рекреационных норм у здоровых людей [3]. Так, нормативный температурный градиент у здоровых людей равен 6°С, а расчетный - 5,5°С (контролируемая БА); нормативный градиент атмосферного давления имеет величину 10 мм.рт.ст., расчетный - 5,3 мм. рт. ст. Полученные результаты показали, что при контролируемом течении бронхиальной астмы происходит повышение метеочувствительности органов дыхания к

изменениям метеопараметров, особенно к атмосферному давлению. Помимо метеозависимости больные данной группы БА реагируют на загрязнение воздушной среды взвесями крупных фракций 400-700 мкм, реакция наступает при загрязнении воздуха на 26,1%.

Экологическая зависимость ФВД при неконтролируемой БА показала активное нарастание влияния климато-техногенных факторов. Так из 36 факторов внешнего воздействия ответная реакция ФВД отметилась со стороны 12 факторов. Среди них 7 показателей относились к твердым взвешенным частицам (0-1, 50-100, 400-700, >700мкм) и токсичным металлам (Сг, №, 2п), 5 показателей - к градиентам климатических параметров (погодный комплекс за 2д, направление ветра за 2д, скорость ветра за 1д, температура воздуха за 1д, влажность за 2д). Экологическая зависимость, определяемая величиной лямбда Уилк-са (а=0,06-0,48) резко усилилась, что указывает на высокую дискриминирующую роль воздействующих внешних факторов, характеризуя, тем самым, формирование патогенного влияния окружающей среды на ФВД больных неконтролируемой БА.

Анализ величины а показал, что самые низкие показатели имеют климатические параметры (погодные явления за 2 дня до обследования а=0,16; градиент скорости ветра за 1 день до обследования а=0,14-0,19 и влажность воздуха за 2 дня до обследования а=0,06). Полученные результаты свидетельствуют о высоком уровне (а=0,06-0,22) метеозависимости у больных с неконтролируемой БА.

Значительная зависимость (а=0,29) отмечается со стороны загрязнения воздушной среды, особенно мелких взвешенных частиц (0-1, 50-100мкм), которые свидетельствует о глубоком проникновении частиц в органы дыхания и повышении их патогенного влияния на ФВД. Также больные с неконтролируемой БА довольно активно (а=0,3-0,5) реагируют на влияние токсичных металлов (Сг, №, 2п), аккумулированных на взвешенных частицах.

Расчет критериев воздействия внешних факторов в сравнительном аспекте с контролируемой БА, показал снижение на 15-20% количественных показателей по температурному и влажностному градиенту, что указывает на большую чувствительность к изменению погодного режима у больных БА (тяжелая неконтролируемая стадия заболевания). Снизились критерии воздействия у пылевой фракции (400-700 мкм) с 26,1% (БА контролируемая) до 18,6% (БА неконтролируемая).

Заключение. Таким образом, критерии воздействия факторов среды на функцию внешнего дыхания снижаются по величине в зависимости от степени контроля над бронхиальной астмой. Малые величины критериев характеризуют наибольшую патогенную чувствительность показателей ФВД на внешнее воздействие и наоборот - увеличение

количественного значения критерия указывает на повышение компенсаторной способности организма. Установлено, что при неконтролируемой БА количество негативно воздействующих на ФВД факторов в сравнении с контролируемой БА возрастает в 2 раза. Уровень экологической связи по данным дискриминантной функции (лямбда Уилк-са) нарастает в зависимости от степени контроля над заболеванием (контролируемая БА - а=0,69-0,81; неконтролируемая БА - а=0,06-0,48). Отмечается резкое повышение метеочувствительности при неконтролируемом течении бронхиальной астмы, особенно она активна (а=0,06) при резком изменении влажности воздуха.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование проводилось без привлечения спонсорских средств.

ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES

1. Авдеев С.Н. Оценка силы дыхательных мышц в клинической практике // Практическая пульмонология. 2008; 4: 12-17.

Avdeev S.N. An assessment of force of respiratory muscles in clinical practice // Practical pulmonology. 2008; 4: 12-17.

2. Боровиков В.П. Программа STATISTICA для студентов и инженеров. М.: Компьютер прес; 2001; 299 с.

Borovikov V.P. STATISTICA program for students and engineers. M.: Computer press; 2001; 299 pages.

3. Воронин Н.М. Основы медицинской и биологической климатологии. М.: Медицина; 1981; 352 с.

Voronin N.M. Fundamentals of medical and biological climatology. M.: Medicine; 1981; 352 pages.

4. Голохваст К.С. Атмосферные взвеси городов Дальнего Востока России. Владивосток: Дальне-вост. федерал. ун-т; 2013; 178 с.

Golokhvast K.S. Atmospheric suspensions ofthe cities ofthe Far East of Russia. Vladivostok: Dal'nevostochnyj federal'nyj universitet; 2013; 178 pages.

5. Интернет ресурс: https://primpogoda.ru/news/ecology

Internet resource: https://primpogoda.ru/news/ecology

6. Сапин М.Р., Сивоглазов В.И. Анатомия и физиология человека: Учебник для студентов образовательных учреждений. 6-е изд. М.: Издательский центр «Академия»; 2008; 384 с.

Sapin M.R., Sivoglazov V.I. Anatomiya and human physiology: The textbook for students of educational institutions. 6th prod. M.: Publishing center «Akademi-ya»; 2008; 384 pages.

7. Теория информации в медицине / под ред. В.А. Бандарина. Минск: Изд-во Беларусь; 1974; 271с.

An information theory in medicine / under the editorship of V. A. Bandarin. Minsk: Belarus publishing house; 1974; 271 pages.

8. Хижняк Ю.Ю., Колосов В.П., Перельман Ю.М. Особенности течения бронхиальной астмы в условиях муссонного климата Сахалина // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2008; 29: 12-18.

Hizhnyak Yu. Yu., Kolosov V.P., Perelman Yu. M. Features of a course of bronchial asthma in the conditions of monsoonal climate of Sakhalin // Bulletin of physiology and pathology of respiration. 2008; 29: 12-18.

9. Global Initiative for Asthma (GINA), Global Strategy for Asthma Management and Prevention (Updated 2016), Global Initiative for Asthma (GINA), 2016.

10. Gurjar B.R., Butler T.M., Lawrence M.G., Le-lieveld J. Evaluation of emissions and air quality in megacities. Atmos Environ. 2008; 42: 1593-606.

11. To T., Shen S., Atenafu E.G. «The air quality health index and asthma morbidity: a population-based study», Environmental Health Perspectives. 2013; 121: 46-52.

12. Veremchuk L.V., Yankova V.I., Vitkina T.I. Urban air pollution, climate and its impact on asthma morbidity. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. 2016; 6(1): 76-79.

13. Villeneuve P.J., Chen L., Rowe B.H., Coates F. Outdoor air pollution and emergency department visits for asthma among children and adults: a case-crossover study in northern Alberta, Canada, Environmental Health. 2007; 6: 40.

Сведения об авторах

Л.В. Веремчук, L.V. Veremchuk - д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории медицинской экологии и рекреационных ресурсов Владивостокского филиала ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» - Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г., e-mail:veremchuk_lv@mail.ru;

Е.Е. Минеева, Е. Е. Mineeva - к.м.н., научный сотрудник лаборатории восстановительного лечения, врач функциональной диагностики, врач-пульмонолог клинического подразделения Владивостокского филиала ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» - Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г, e-male: vfdnz@mail.ru; тел.раб. (423)278-82-05;

Т.И. Виткина, T.I. Vitkina - д.б.н., профессор РАН, заведующая лабораторией медицинской экологии и рекреационных ресурсов Владивостокского филиала ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» - Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения, 690105, г. Владивосток, ул. Русская, 73-г, e-male: tash30@mail.ru; тел.раб. (423)278-82-05.