Новые биомаркеры среднелетучие метаболиты в конденсате выдыхаемого воздуха при бронхиальной астме и хронической обструктивной болезни легких 14. 01. 25 пульмонология

Вид материала

Корреляционный анализ.
Таблица 4. Корреляционные связи между содержанием НЖК в КВВ и клиническими показателями у больных ХОБЛ.
Оценка возможности применения анализа среднелетучих метаболитов в КВВ для диагностики и дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ.
Таблица 6. Обнаруженные в КВВ вещества с наибольшим информационном весом при решении задачи распознавания.
Вариант распознавания
Правило № 3. Дифференциальная диагностика БА и ХОБЛ.
Практические рекомендации
Список работ, опубликованных по теме диссертации
Анохина Т.Н.
Список сокращений

Подобный материал:

1 2 3

Корреляционный анализ.

Проведенный корреляционный анализ выявил прямые взаимосвязи между содержанием в КВВ НЖК и клиническими показателями: шкалой симптомов больных ХОБЛ (по Paggiaro P.L.), pCO₂ и HCO₃^-артериальной крови, ЧДД, ЧСС, СДЛА и одышкой по шкале MRC, а также обратную связь с SpO₂ (табл. 4). Полученные результаты указывают на возможное участие этих метаболитов в патогенезе ХОБЛ. В группе ХОБЛ наблюдалась сильная прямая связь между ИКЧ и содержанием никотина в КВВ (R=0,90; р=0,037). Это свидетельствует о значимом влиянии интенсивности табакокурения на депозицию никотина в дыхательных путях.

Таблица 4. Корреляционные связи между содержанием НЖК в КВВ и клиническими показателями у больных ХОБЛ.

НЖК	Шкала Paggiaro	SpO₂	pCO₂	HCO₃^-	ЧДД	ЧСС	СДЛА	MRС
Изокапроновая кислота	-	-	-	-	0,62	0,6	0,47	-
Лауриновая кислота	-	-	-	-	-	-	0,58	-
Миристиновая кислота	0,58	-0,45	-	-	0,48	-	0,73	0,52
Пентадекановая кислота	-	-0,48	0,79	0,74	0,56	-	-	-
Стеариновая кислота	-	-0,51	-	-	-	-	-	-

Примечание: R – коэффициент корреляции по Спирмену; p<0,05.

В группах БА и ХОБЛ выявлены обратные взаимосвязи между содержанием НЖК в КВВ и показателем ФЖЕЛ в абсолютных значениях (рис. 6).

Обращает на себя внимание, что с ФЖЕЛ при БА коррелировали одни среднелетучие метаболиты, а при ХОБЛ – другие. У больных БА были выявлены обратные корреляции между содержанием изокапроновой, пеларгоновой, каприновой, ундециловой кислот в КВВ и показателем ОФВ₁ в абсолютных значениях, а также между содержанием пентадекановой и пальмитиновой кислоты и индексом Тиффно (рис. 7). Выявленные взаимосвязи, вероятно, обусловлены участием этих метаболитов в механизмах формирования бронхообструкции у больных БА.

Полученные результаты можно объяснить тем, что механизмы воспаления в дыхательных путях при БА и ХОБЛ различаются [Fabbri L.M., 2003; Gibson P.G., 2009]. Для воспалительного процесса в дыхательных путях при БА характерно преобладание активации CD4+ T-клеток, тучных клеток, эозинофилов с повышением цитокинов T₂-пути, таких как ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-13 [Anderson G.P., 2008]. ХОБЛ, с другой стороны, характеризуется CD8+ T-клетками, повышением числа нейтрофилов и макрофагов, и высоким содержанием медиаторов воспаления, таких как ИЛ-1, ИЛ-8, лейкотриен В₄ и интерферон-γ [Chung K.F., 2008]. Вероятно, эти воспалительные процессы вызывают продукцию различных метаболитов, поэтому их анализ в КВВ может приблизить к пониманию патогенеза БА и ХОБЛ.

Оценка возможности применения анализа среднелетучих метаболитов в КВВ для диагностики и дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ.

В математический анализ были включены данные по 40 метаболитам: 31 - из идентифицированных и 9 - из неидентифицированных (обозначены как S2-S10).

На основании линейных методов теории распознавания образов был разработан алгоритм, позволяющий различить здоровых и больных БА с точностью 75%, здоровых и больных ХОБЛ - с точностью 85%, больных БА и ХОБЛ - с точностью 83%. Выявлены 9 СлОС, обладающие наибольшим информационным весом в дифференциальной диагностике групп. В случае «здоровые - ХОБЛ» это были вещества S5 и S9, инданон, этил цитрат. В случае «здоровые - БА» – вещества S2, S3, S7 и деканол. В случае «БА - ХОБЛ» - S2, деканол и 2-феноксиэтанол (табл. 6).

Таблица 6. Обнаруженные в КВВ вещества с наибольшим информационном весом при решении задачи распознавания.

Вариант распознавания	Вещества	Информационный вес, %
Здоровые - ХОБЛ	инданон этил цитрат S5 S9	9 30 9 32
Здоровые – БА	деканол S2 S3 S7	10 14 21 20
БА - ХОБЛ	деканол 2-феноксиэтанол S2	33 33 15

Была разработана математическая модель дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ:

Правило № 1. Диагностика БА.

У пациента предполагается БА, если выполняется, хотя бы одно из следующих условий:

1. 3,5  Р_S₄ + 2,08  Р_{триацетин} > P_фенол;

2. 0,79  Р_S₇ + 0,82  Р_{деканол} < P_S₂, где Р - содержание СлОС в КВВ.

Вероятность получения правильного результата составляет не менее 77%.

Правило № 2. Диагностика ХОБЛ.

У пациента предполагается ХОБЛ, если выполняется, хотя бы одно из следующих условий:

1. 0,04  Р_{этил цитрат} + 0,29  Р_{триацетин} < P_S₉;

2. 0,36  Р_S₅ + 0,03  Р_{этил цитрат} < P_S₉.

Вероятность получения правильного результата составляет не менее 87%.

Если после применения правил №1 и №2 установлено, что у пациента БА или ХОБЛ, необходимо провести дифференциацию БА и ХОБЛ.

Правило № 3. Дифференциальная диагностика БА и ХОБЛ.

У пациента предполагается БА, если выполняется следующее условие:

1,71  P_S₂ + 14,14  Р_{деканол} < P_{2-феноксиэтанол}

У пациента предполагается ХОБЛ, если выполняется следующее условие:

1,71  P_S₂ + 14,14  Р_{деканол} > P_{2-феноксиэтанол}

Вероятность получения правильного результата составляет не менее 86%.

ВЫВОДЫ

В КВВ обнаружены экзогенные и эндогенные среднелетучие метаболиты в ультранизкой концентрации (0,1-10 ppb), которые относятся к различным классам химических соединений: НЖК, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры.
Патологический процесс в дыхательных путях изменяет экспрессию метаболитов в КВВ, на что указывает снижение содержания пальмитиновой и стеариновой кислот в КВВ у больных БА, и повышение содержания хинолина в КВВ у больных ХОБЛ по сравнению со здоровыми добровольцами.
У больных БА в КВВ снижено содержание тексанола, чаще обнаруживается ундециловая кислота и 2-феноксиэтанол и реже деканол по сравнению с больными ХОБЛ, что обусловлено разными механизмами воспалительного процесса и выраженностью окислительного стресса при этих заболеваниях.
Экспрессия среднелетучих метаболитов в КВВ у больных БА и ХОБЛ взаимосвязана с клиническими симптомами и функциональными показателями, что свидетельствует о роли этих биомаркеров в патогенезе обструктивных заболеваний легких.
Инданон, этил цитрат, деканол, 2-феноксиэтанол, S2, S3, S5_, S7, S9 являются потенциальными биомаркерами БА и ХОБЛ.
Анализ профилей среднелетучих метаболитов в КВВ с использованием линейных методов теории распознавания образов позволяет с высокой точностью (75%-83%) проводить диагностику БА и ХОБЛ.

Практические рекомендации

Анализ среднелетучих метаболитов в КВВ позволяет проводить неинвазивную оценку метаболических процессов в легких. Определение 9 среднелетучих метаболитов в КВВ: инданон, этил цитрат, деканол, 2-феноксиэтанол, S2, S3, S5, S7, S9 следует использовать в качестве дополнительного метода диагностики и дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Анохина Т.Н., Анаев Э.Х., Дугарова И.Д., Чучалин А.Г. Оценка функции легких при сборе конденсата выдыхаемого воздуха. // Пульмонология. 17-й Национальный конгресс по болезням органов дыхания: Сборник трудов конгресса. – Казань, 2007. - А254. - с.105.
Родионов А.А., Ревельский А.И., Ревельский И.А., Анаев Э.Х., Анохина Т.Н. Хроматомасс-спектрометрическое определение среднелетучих органических веществ в конденсате выдыхаемого воздуха. // Масс-спектрометрия. 2007. – Т.4. - №2. - с.143-148.
Родионов А.А., Ревельский А.И., Анохина Т.Н., Анаев Э.Х. Анализ конденсата выдыхаемого воздуха, основанный на выделении органических примесей из конденсата жидкостной экстракцией, сорбционном концентрировании из экстракта и ГХ/МС определении. // Всероссийский симпозиум «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях», Москва, Россия, 23-27 апреля 2007, с.122.
Анохина Т.Н., Анаев Э.Х., Родионов А.А., Ревельский А.И., Ревельский И.А., Кудрявцев В.Б., Чучалин А.Г. Диагностическое значение определения среднелетучих органических веществ в конденсате выдыхаемого воздуха при заболеваниях органов дыхания. // Материалы I Научно-практической конференции «Актуальные вопросы респираторной медицины», Москва, 4-5 марта 2009 г., с.40.
Anokhina T., Anaev E., Apyari V., Karyakin A., Chuchalin A. Correlation between lung function and exhaled breath condensate biomarkers of inflammation in pulmonary diseases. // Eur Respir J. 2009; Vol.34, Suppl.53. - P.44s-45s.
Anaev E.K., Anokhina T.N., Revelsky A.I., Rodionov A.A., Revelsky I.A., Kudriavtsev V.B., Chuchalin A.G. Semi-volatile organic compounds in exhaled breath condensate: a new approach in the differential diagnosis of asthma and COPD. // Eur Respir J. 2009; Vol.34, Suppl.53. - P.807s.
Анохина Т.Н., Анаев Э.Х., Карякин А.А., Апяри В.В., Борисова А.В., Дмитриенко С.Г., Чучалин А.Г. Биомаркеры конденсата выдыхаемого воздуха и их взаимосвязь с клинико-функциональными показателями при заболеваниях органов дыхания. // 19-й Национальный конгресс по болезням органов дыхания: Сборник трудов конгресса. – Москва, 2009. – А173. - с.154.
Анохина Т.Н., Анаев Э.Х., Борисова А.В., Апяри В.В., Карякина Е.Е., Карякин А.А., Чучалин А.Г. Динамика пероксида водорода и нитритов в конденсате выдыхаемого воздуха у больных бронхиальной астмой и ХОБЛ. // Материалы II Научно-практической конференции «Актуальные вопросы респираторной медицины», Москва, 4-5 марта 2010 г., с.13.
Anaev E., Revelsky A., Anokhina T., Rodionov A., Revelsky I., Kudriavtsev V., Chuchalin A. Bestimmung von halbflüchtigen organischen Verbindungen (HOV) im Atemkondensat als diagnostische Methode bei COPD und Asthma. // Pneumologie. - 2010; Vol.64, Suppl.3. - S.207.
T. Anokhina, E. Anaev, A. Karyakin, V. Apyari, S. Dmitrienko, A. Chuchalin. The dynamic of pH, hydrogen peroxide and nitrite in exhaled breath condensate from patients with COPD and asthma exacerbation. // Eur Respir J. 2010; Vol.36, Suppl.54. - P.239s.
I. Dugarova, E. Anaev, T. Anokhina, T. Ospelnikova, A. Chuchalin. The biomarkers of atopy in exhaled breath condensate in patients with bronchial asthma. // Eur Respir J. 2010; Vol.36, Suppl.54. - P.852s.
E. Anaev, T. Anokhina, A. Rodionov, A. Revelsky, I. Revelsky, D. Alexeev, V. Kudriavtsev, A. Chuchalin. Analysis of semi-volatile organic compounds in exhaled breath condensate of patients with obstructive lung diseases. // Eur Respir J. 2010; Vol.36, Suppl.54. - P.77s.
Анохина Т.Н., Анаев Э.Х., Родионов А.А., Ревельский А.И., Алексеев Д.В., Ревельский И.А., Кудрявцев В.Б., Чучалин А.Г. Метаболомный анализ конденсата выдыхаемого воздуха для диагностики обструктивных заболеваний органов дыхания. // Материалы III Научно-практической конференции «Актуальные вопросы респираторной медицины», Москва, 10-11 марта 2011 г., с.9.
T.N. Anokhina, E.K. Anaev, A.A. Rodionov, A.I. Revelsky, I.A. Revelsky, V.B. Kudriavtsev, A.G. Chuchalin. Metabolomic analysis of exhaled breath condensate in diagnostics of obstructive airway diseases. // Eur Respir J. 2011; Vol.38, Suppl.55. - P.876s.
Анохина Т.Н., Анаев Э.Х., Ревельский А.И., Родионов А.А., Алексеев Д.В., Ревельский И.А., Кудрявцев В.Б. Диагностическая значимость среднелетучих органических соединений в конденсате выдыхаемого воздуха при бронхиальной астме и хронической обструктивной болезни легких. // Пульмонология. 2011; №4, с.71-75.
Анаев Э.Х., Анохина Т.Н., Гаджиева М.Э. Биомаркеры конденсата выдыхаемого воздуха при ХОБЛ. // Атмосфера. Пульмонология и аллергология. 2011; №4 (43), с.13-18.
Анохина Т.Н., Анаев Э.Х., Чучалин А.Г., Ревельский А.И., Родионов А.А., Ревельский И.А., Алексеев Д.В.,Кудрявцев В.Б. Метаболомный подход в диагностике бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезни легких. // Биомедицинский журнал Medline.ru. 2011; том 12, с.1266-1277.

Список сокращений

АСТ – Тест по контролю над астмой (Asthma Control Test)

БА – бронхиальная астма

ГКС – глюкокортикостероиды

ГХ-МС – газовая хроматография - масс-спектрометрия

ДН – дыхательная недостаточность

ИКЧ – индекс курящего человека

ИЛ – интерлейкин

ИТ – модифицированный индекс Тиффно

КВВ – конденсат выдыхаемого воздуха

НЖК – насыщенные жирные кислоты

ОФВ₁ – объем форсированного выдоха за первую секунду

ПСВ – пиковая скорость выдоха

СДЛА – систолическое давление в легочной артерии

СлОС – среднелетучие органические соединения

ФВД – функция внешнего дыхания

ФЖЕЛ – форсированная жизненная емкость легких

ХОБЛ – хроническая обструктивная болезнь легких

ЧДД – частота дыхательных движений

ЧСС – частота сердечных сокращений

ATS – Американское торакальное общество

DLCO – диффузионная способность легких

ERS – Европейское респираторное общество

GINA – Глобальная стратегия лечения и профилактики бронхиальной астмы

GOLD – Глобальная стратегия по ХОБЛ

HCO₃- – гидрокарбонат-ион в артериальной крови

HMDB – База данных метаболома человека

MRC – Медицинский исследовательский совет

pCO₂– парциальное напряжение углекислоты в артериальной крови

pO₂– парциальное напряжение кислорода в артериальной крови

SpO₂ – сатурация кислорода

Blog