Способ дифференциальной диагностики бронхиальной астмы профессионального и непрофессионального генеза, сформировавшейся в условиях действия токсических промаэрозолей у работников алюминиевой промышленности
METHOD FOR DIFFERENTIAL DIAGNOSIS OF BRONCHIAL ASTHMA OF OCCUPATIONAL AND NON-OCCUPATIONAL ORIGIN FORMED IN SETTINGS OF THE EFFECT OF TOXIC INDUSTRIAL AEROSOLS IN WORKERS OF THE ALUMINIUM INDUSTRY

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, а именно, к профессиональной патологии, пульмонологии, иммунологии и может быть использовано для диагностики профессиональной бронхиальной астмы (БА), сформировавшейся в условиях действия токсических промаэрозолей у работников алюминиевой промышленности.
В последние годы наблюдается рост БА как среди населения, так и у работающих промышленных предприятий, что представляет глобальную проблему для здравоохранения в современный период. В структуре профессиональной патологии бронхолегочной системы БА составляет 8,3% случаев [1]. Одним из ключевых звеньев патогенеза БА является хроническое воспаление дыхательных путей, этиология которого недостаточно изучена и, по-видимому, не может быть описана в рамках монокаузальной модели. В развитии БА участвуют многие клетки и биологически активные молекулы. Известно, что 60-70% случаев заболевания возникает на фоне атопической предрасположенности и сопровождается гиперпродукцией иммуноглобулинов класса Е [2, 3]. Основными элементами патологического каскада считаются тучные клетки и базофилы, выделяющие медиаторы воспаления (цитокины) в ответ на внешние стимулы. Так или иначе, вне зависимости от причины возникновения воспалительный процесс постепенно приводит к изменению бронхиальной реактивности и прочим патологическим изменениям [4]. Важно подчеркнуть, что, являясь единой нозологической формой, БА в то же время характеризуется значительной гетерогенностью проявлений [5]. Различные формы БА различаются по клиническим проявлениям, скорости снижения проходимости дыхательных путей, частоте и тяжести обострений, прогнозу и, следовательно, позволяют отличить одну группу больных БА от другой, что, в свою очередь, подчеркивает актуальность правильной диагностики заболевания. Профессиональная БА - заболевание, характеризующееся вариабельным ограничением воздушного потока, и/или гиперреактивностью, связанными с воспалением, развившимся вследствие причин и условий конкретной профессиональной среды, а не стимулов, встречающихся вне рабочего места [6]. Однако дифференциальная диагностика БА профессионального и непрофессионального генеза вызывает определенные трудности. Существующие отдельные клинические и клинико-физиологические методы, применяемые в медицинской практике для дифференциальной диагностики различных форм бронхиальной астмы недостаточно комфортны и высоко затратны. Все это затрудняет выполнение диагностических процедур и не позволяет объективно доказать профессиональный генез заболевания. Кроме того, не представляется возможным воспользоваться на практике знаниями об особенностях течения БА, ассоциированной с токсическими промаэрозолями, характерными для алюминиевой промышленности. Выше изложенное обосновывает необходимость и является основанием для разработки новых, информативных способов лабораторной иммунодиагностики, учитывая ключевую роль отдельных цитокинов в развитии заболевания и современную тактику минимизации диагностических показателей.
В настоящее время в медицине труда и пульмонологии известны следующие способы, диагностирующие различные формы БА с применением инструментальных и лабораторных биомаркеров, описанные в патентах. Известен способ дифференциальной диагностики профессиональной бронхиальной астмы и токсико-пылевого бронхита. В основе его лежит определение аутоантител к β2-гликопротеину и интерлейкину-2 с последующим расчетом диагностических коэффициентов [7]. Недостатком указанного метода является то, что он не позволяет дифференцировать профессиональную БА, сформировавшуюся в условиях действия токсических промаэрозолей алюминиевой промышленности из общей популяции больных БА, а только дифференцировать с токсико-пылевым бронхитом. Также, одним из способов-аналогов является способ дифференциальной диагностики профессионального хронического необструктивного бронхита, профессиональной хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), профессиональной бронхиальной астмы у работников производства алюминия в постконтактном периоде, представленный в патенте на изобретение RU 2715212 (13). Сущность метода заключается в том, что у пациентов с разными нозологическими вариантами профессиональной бронхолегочной патологии, установленной в постконтактный период, при модифицировании нозологической формы анализируются результаты клинико-функционального обследования: спирометрии с определением мгновенной объемной скорости после выдоха 75%, форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), анкетирование по шкале CAT (COPD assessment Test - оценочный тест по ХОБЛ, анкетирование по анкете mMRC с определением общего балла, 6-шаговый тест (6-МТХ) с последующим расчетом диагностических коэффициентов [8]. Недостатком указанного способа является то, что он позволяет проводить обследование пациентов только в условиях стационара, что затрудняет использование его при массовых обследованиях рабочих. Значимым недостатком метода является то, что он не позволяет дифференцировать БА от действия токсических промаэрозолей, а используемые в указанном способе методы клинико-лабораторной диагностики неспецифичны для БА в целом. Аналогом также является способ дифференциальной диагностики бронхиальной астмы, хронического бронхита и хронической обструктивной болезни легких [9], заключающийся в том, что в ходе обследования пациента определяют пять показателей: возраст пациента, объем форсированного выдоха; цитоз, индуцированной мокроты, содержание нейтрофилов и факт курения. Затем вычисляют регрессионные функции и по формулам определяют вероятность наличия БА, хронического бронхита и ХОБЛ. Недостатком данного способа является чрезмерно перегруженные формулы расчетов. Этот метод также не позволяет выделить профессиональную БА, обусловленную воздействием промышленных аэрозолей алюминиевой промышленности.
Известен способ дифференциальной диагностики бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезни легких, описанный в российском патенте на изобретение №2488830, позволяющий на основании иммунного статуса проводить дифференциальную диагностику между двумя наиболее распространенными бронхообструктивными заболеваниями. При повышении содержания в периферической крови содержания цитотоксических лимфоцитов CD8+ на 25% и более, CD16+ на 20% и более, CD25+ на 80% и более, CD71+ в 2 раза и более, CD95+ на 10% и более диагностируют ХОБЛ. При повышении CD54+ на 50% и более диагностируют БА. Использование данного способа позволяет повысить точность дифференциальной диагностики указанных заболеваний, однако не позволяет выделить фенотип БА от действия токсических промаэрозолей. Следует отметить, что все способы, в выше приведенных аналогах, не позволяют дифференцировать БА профессионального и непрофессионального генеза.
В отличие от рассмотренных выше способов - аналогов, предлагаемый нами новый способ, позволяет на основании регистрации изменений патогенетически значимых информативных показателей: иммуноглобулина Е (Ig Е) и провоспалительного интерлейкина-1β (IL-1β) диагностировать профессиональную БА, сформировавшуюся у работников алюминиевой промышленности под действием токсических факторов. А также, что является не менее важным, получить дополнительную информацию о характере нарушений со стороны иммунной системы, степени выраженности патологического процесса.
Актуальность проблемы профессиональной БА определяется не только медико-биологическими аспектами, но и дополнительной социальной значимостью заболевания, влияющего на показатели здоровья работающего населения. В настоящее время основными задачами диагностики профессиональной БА являются экспертиза связи заболевания с профессией, прогнозирование течения заболевания и оптимизация терапевтической стратегии. Профессиональная БА рассматривается как отдельный фенотип, так как имеет уникальные патофизиологические и клинические особенности, ассоциированные с действием определенного поллютанта (фактора риска). В настоящее время диагностика профессиональной БА основана на комплексном анализе профмаршрута, санитарно-гигиенической характеристики рабочего места с учетом наличия неблагоприятных производственных факторов и длительности их воздействия, оценки симптомов заболевания и исследовании функции внешнего дыхания.
Целью заявленного способа является расширение арсенала способов дифференциальной диагностики БА профессионального и непрофессионального генеза, упрощение методики. Поставленная цель решается путем определения в сыворотке крови работающих с диагнозом БА иммуноглобулина Е (Ig Е) и интерлейкина-1β (IL-1β) с последующим расчетом диагностических коэффициентов (F) с дальнейшим их сравнением и выдачей заключения с формулировкой диагноза. Технический результат от использования метода заключается в возможности дифференцировать наличие у пациентов профессиональной и непрофессиональной БА, снижении трудоемкости обследования, возможности применения метода, как в стационаре, так и при массовых обследованиях работников.
Отличительными признаками предложенного нами способа является использование патогенетически значимых, наиболее информативных, неинвазивных иммунологических методов диагностики (определение сывороточных концентраций иммуноглобулина Е и интерлейкина-1β). Применение метода позволяет диагностировать профессиональную БА, сформировавшуюся под действием промаэрозолей, то есть выделить профессиональную БА из популяции пациентов с БА, что повысит качество и объективность экспертизы связи заболевания с профессией. Кроме того, предложенный метод позволит проводить обследование пациентов не только в условиях стационара, но и при проведении периодических медицинских осмотров работников.
В последние годы важное место в системах медицинского контроля должны занять новые технологии диагностики, основанные на изучении молекулярно-клеточных механизмов развития и течения заболевания. Основанием для настоящей разработки явились выполненные нами ранее исследования, в результате которых подтверждено, что важная роль в патогенезе БА отводится иммунным механизмам. Исследования, проводимые в этом направлении ранее, позволили установить, как особенности, так и общие закономерности нарушений цитокиновой регуляции при БА различного этногенеза. Показана более выраженная провоспалительная направленность реакций у пациентов с профессиональной БА, характеризующаяся гиперпродукцией IL-1β, IL-8. В то время как для лиц с непрофессиональной БА, характерно снижение IL-1β, IL-5, IL-10. Общей закономерностью выявленных изменений у пациентов обеих групп является увеличение выработки Ig Е (в 6 раз у пациентов с профессиональной БА и в 8,9 раз с непрофессиональной) и снижение сывороточных концентраций TNF-α [9]. Различная цитокиновая манифестация при профессиональной и непрофессиональной БА возможно ассоциирована с разными этиопатогенетическими механизмами нарушения иммунной регуляции, а также подтверждает профессиональную обусловленность выявленных изменений у пациентов с БА, работающих в алюминиевой промышленности.
Для решения поставленной задачи, в нашем случае, дискриминантному анализу был подвергнут массив из 6 показателей. А именно: провоспалительные цитокины - IL-1β, IL-5, IL-8, TNF-α, противоспалительный - IL-10 и Ig Е. Исследуемые молекулы задействованы во всех основных ключевых звеньях патогенеза БА. Наиболее информативными признаками, впоследствии использованными для построения модели, явились - Ig Е и IL-1β. Ранее опубликованные исследования показали различия сывороточной концентрации IL-1β между группами профессиональной БА от действия токсико-пылевого фактора алюминиевой промышленности и непрофессиональной БА. Концентрации IL-1β и Ig Е были статистически значимо выше у больных профессиональной БА [10].
Следует отметить, что изменение сывороточной концентрации Ig Е может быть обусловлено сенсибилизирующим действием на организм отдельных производственных вредностей алюминиевой промышленности. Интерлейкин 1β секретируется макрофагами после фагоцитоза патогенных частиц, это ключевой цитокин ответа на неинфекционный агент [11]. Гиперпродукция IL-1β способна усиливать повреждение легких за счет дисбаланса про- и противовоспалительных цитокинов и накопления нейтрофилов в тканях. Длительно сохраняющиеся повышенные уровни IL-1β приводят к истощению резервных возможностей иммунокомпетентных клеток тем самым способствуя формированию очага хронического воспаления. Определение сывороточных концентраций Ig Е и IL-1β у пациентов в клинике может преследовать различные цели: оценку тяжести течения процесса, эффективности терапии, прогнозирование течения заболевания. Описанные выше показатели оказались наиболее информативными при проведении дискриминантного анализа, что позволило использовать их для расчета диагностических коэффициентов.
Разработанный способ прост в применении и достаточно безопасен. Его возможные нежелательные эффекты ограничиваются только забором крови из вены - малоинвазивной стандартной манипуляцией, а метод твердофазного иммуноферментного анализа сэндвич-типа выполняется практически в каждой медицинской лаборатории. Диагностика профессиональной БА от действия токсического промаэрозоля алюминиевой промышленности позволит повысить объективность экспертизы связи заболевания с профессией и может использоваться врачами при проведении периодических медицинских осмотров и массовых диспансерных обследованиях, направленных на выявление патологии, так как при обследовании требуется выполнить только забор крови, а определение показателей и расчеты проводятся в условиях лаборатории. Это дает возможность проводить диагностику у большего количества работников в ограниченный промежуток времени, а также минимизировать объем диагностических исследований. Применение заявляемого комплекса показателей для выявления изменений в организме человека и позволяющих дифференцировать бронхиальную астму профессионального и непрофессионального генеза в доступной нам литературе не обнаружено. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».
Способ осуществляется следующим образом: после осмотра врача терапевта и установления диагноза бронхиальной астмы у обследуемого в сыворотке крови методом твердофазного иммуноферментного анализа сэндвич-типа (ELISA) определяют иммунологические показатели: уровень иммуноглобулина Е (Ig Е), содержание интерлейкина-1β (IL-10). Затем рассчитывают диагностические коэффициенты F1 и F2 по формулам:
1
2
F=-4,46+0,019⋅А+0,07⋅А
1
2
F2=-5,8+0,007⋅A+0,98⋅А, где:
1
F - диагностический коэффициент,
2
F - диагностический коэффициент,
- 4,46 и - 5,8 - константы,
0,019; 0,07; 0,007; 0,98 - дискриминационные коэффициенты;
1-2
А - градации и числовые значения показателей проведенного обследования:
1
A - уровень иммуноглобулина Е, пг/мл;
2
А - содержание интерлейкина-1β, пг/мл.
1
2
1
2
При F больше F диагностируют изменения, характерные для БА непрофессионального генеза, при F меньше F - делают заключение о наличии профессиональной БА.
1
2
Диагностические коэффициенты F и F получены путем сложения дискриминантных функций. Дискриминантный анализ проводился в группах работников алюминиевой промышленности: первая группа лиц с установленным диагнозом профессиональной БА, подвергавшихся хроническому воздействию токсико-пылевого фактора и вторая группа пациентов с непрофессиональной БА, не работавших в контакте с неблагоприятными производственными факторами. Обследованные группы пациентов сопоставимы по полу и возрасту.
Достоверность полученных в результате дискриминантного анализа информативных показателей представлена в таблице 1.
Оценка эффективности предлагаемого способа диагностики проводилась в обучающей выборке и контрольной выборке. В обучающей выборке правильное распознавание составило 90,0% у лиц с профессиональной БА, сформировавшейся при воздействии промаэрозолей алюминиевой промышленности (21 человек) и 92% - для пациентов с непрофессиональной БА (12 человек).
Заявляемый способ можно продемонстрировать на следующих примерах:
Пример 1. Пациент Л., возраст 50 лет, установлен диагноз БА (жалобы на кашель по утрам, одышка при физической нагрузке и др.), работающий (стаж 19 лет) вне условий воздействия промаэрозолей алюминиевой промышленности. Проведено обследование по предлагаемому способу, в результате которого получены следующие показатели:
1
А - иммуноглобулин Е - 162,5 пг/мл;
2
А - интерлейкин - 1β-0,1 пг /мл.
1
F=-4,46+0,019⋅162,5+0,07⋅0,1=-1,37
2
F=-5,8+0,007⋅162,5+0,98⋅0,1=-4,56
1
2
F больше >F, следовательно, диагностируют непрофессиональную БА.
Пример 2. Пациент А., 48 лет, стаж работы в условиях воздействия промаэрозолей алюминиевого производства - 17 лет. В результате обследования установлена профессиональная БА (основные жалобы на приступообразный кашель, приступы удушья, в анамнезе аллергия на яичный белок). Проведено лабораторно-иммунологическое исследование по предлагаемому способу, в результате которого получены следующие данные:
1
А - иммуноглобулин Е - 60,5 пг/мл;
2
А - интерлейкин - 1β - 13,4 пг/мл.
1
F=-4,46+0,019⋅60,5+0,07⋅13,4=-2,37.
2
F=-5,8+0,007⋅60,5+0,98⋅13,4=7,72.
1
2
F меньше <F, следовательно, диагностируют профессиональную БА, сформировавшуюся в условиях действия токсических промаэрозолей у работников алюминиевой промышленности.
Разработанный способ может быть использован в центрах профпатологии, а также при проведении периодических медицинских осмотров, направленных на выявление изменений в состоянии здоровья, обусловленных профессией. Необходимо отметить, что выполнение анализов производится в условиях in vitro без какого-либо вреда для обследуемого. При обследовании требуется выполнить только забор крови, а определение показателей и расчеты проводятся в условиях лаборатории. Это дает возможность проводить диагностику у большего количества людей в ограниченный промежуток времени, а также минимизировать объем диагностических исследований. Обследование рабочих с помощью заявленного способа диагностики профессиональной БА, сформировавшейся в условиях воздействия промаэрозолей у работников алюминиевой промышленности позволит при необходимости провести раннее выявление заболевания, обусловленного профессией, снижающее вероятность возникновения тяжелых осложнений.
Литература
1. Постникова Л.В., Зубов А.С., Гибадулина И.Ю. (2017). Медицина труда и промышленная экология, №9, 155.
2. Кузьмина Л.П. (2008). Пульмонология, №4, 107-110.
3. Хотулева А.Г., Кузьмина Л.П. (2016). Медицина труда и промышленная экология, №7, 39-43.
4. Крючков Н.А. (2010). Вестник Российской Академии Медицинских Наук, №8, 46-51.
5. Профессиональные заболевания органов дыхания. Национальное руководство. Под ред. Н.Ф. Измерова, А.Г. Чучалина. М.: ГЭОТАР, 2015, 792 с.
6. Baur X, Sigsgaard Т, Aasen Т.В. et al. (2012). Guidelines for the management of work-related asthma Eur Respir J, 39 529-545.
7. Способ дифференциальной диагностики профессиональной бронхиальной астмы и профессионального токсико-пылевого бронхита. Патент RU 2622008, заявка №2016126040, дата подачи заявки 28.06.2016.
8. Способ дифференциальной диагностики профессионального хронического необструктивного бронхита, профессиональной хронической обструктивной болезни легких, профессиональной бронхиальной астмы у работников производства алюминия в постконтактном периоде. Патент RU 2715212(13) С1, заявка №2019104523, дата подачи заявки: 18.02.2019.
9. Способ дифференциальной диагностики бронхиальной астмы, хронического бронхита и хронической обструктивной болезни легких. Патент RU 2310381 С2, заявка №2006101847/14, дата подачи заявки 23.01.2006.
10. Бодиенкова Г.М., Боклаженко Е.В, Бодиенкова С.Г, Бейгель Е.А. Биомедицинская химия (2018), Т. 64, №4, 376-379.
11. Caramori G., Adcock I.M. et al. // Int. J. Chron Obstruct Pulmon Dis. 2014; 9: 397-412.