Аллергия на пыльцу конопли в изменяющемся мире

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 575.224 504.53.054                             

К семейству Cannabaceae (коноплевые) относят два аллергенных рода, а именно: коноплю (посевную, сорную и индийскую) и хмель обыкновенный. Подсчитано, что только один мужской цветок конопли производит около 350000 пыльцевых зерен, а если растение включает сотни цветов, то это дает очень много воздушной пыльцы, переносимых достаточно далеко. С учетом того, что во многих странах марихуана легализована как легкий наркотик, последствия воздействия Cannabis на здоровье, включая аллергию, выходят на передний план медицинских исследований и интереса [1]. В качестве аэроаллергена пыльца конопли вызывает аллергический ринит, аллергический кератоконъюнктивит, гиперчувствительный пневмонит и обострение симптомов бронхиальной астмы [2].

В течение примерно десяти лет IgE-опосредованная аллергия на каннабис (марихуану) находится на подъеме, причем клинические проявления варьируют от легких до опасных для жизни реакций, часто в зависимости от маршрута воздействия. Кроме того, сенсибилизация к аллергенам конопли может вызвать различные вторичные перекрестные аллергии, в основном на пищевые продукты растительного происхождения [3, 4].

Материал и методы

Материал: нормально развитая и тератоморфная пыльца 2 видов (конопли сорной и хмеля обыкновенного) семейства коноплевых. Образцы для исследования собраны в период полного цветения конопли, произрастающей по вертикальной зональности в условиях низко-и среднегорья Кыргызстана с разной степенью антропогенной нагрузкой.

Методы: 1) палиноморфологический метод с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) — Hitaschi-S-405A. Высохшие на воздухе пыльцевые зерна напыляли золотом и помещали под СЭМ для изучения тонких особенностей поверхности (ультраструктуры); 2) аэробиологический метод с использованием гравиметрического (ловушка Дюрама) и волюметрического метода (ловушка Ланзони) и дальнейшей идентификации пыльцы под световым микроскопом.

Результаты и их обсуждение

Современная пыльца под прогрессирующим прессингом загрязненности окружающей среды становится хрупкой и беззащитной: вместо нормально развитой пыльцы формируется аномальная, уродливая (тератоморфная), в которой изменяются характерные таксономические признаки. Пыльца конопли соответствует ранее выделенным главным критериям тератоморфозов пыльцы [5], в связи с этим она является адекватной тест-системой для оценки загрязнений среды обитания человека.

Нормально развитые пыльцевые зерна конопли сорной ( Cannabis ruderalis Janisch.) 3–4-поровые, слегка сплющенные, в очертании с полюса округлые или реже округлотреугольные, с экватора широкоэллиптические, полярная ось 18,0–21,6 мкм, экваториальный диаметр 21,6–25,2 (28,8) мкм. Поры экваториальные, простые, ободковые, имеют оперкулум в экологически чистых районах, диаметр поры с ободком 3,6 мкм, поровое отверстие с волнистым краем, овальное, 1,7 мкм. Экзина тонкая около 1,0 мкм. Поверхность экзины бугорчатая с мелкими шипиками (бугорками) разного диаметра от 0,2 до 0,4 мкм, очертания и конфигурация также различны. По данным СЭМ, на 1 мкм² расположены 10 микрошипиков (Рисунок 1).

Рисунок 1. Детали ультраструктуры пыльцевого зерна конопли сорной: апертуры и структура поверхности экзины (СЭМ: увеличение х 2000-6000)

Нормально развитые пыльцевые зерна хмеля обыкновенного ( Humulus lupulus L.) 3–4-поровые, сплющено-шаровидные, 21,6–22,4 мкм в очертании с полюса округло-треугольные, с выступающими порами, с экватора широкоэллиптические. Полярная ось 18,0–21,6 мкм. Поры экваториальные, ободковые, с оперкулумом в норме, диаметр поры с ободком 5,1–6,8 мкм, поровое отверстие 1,7–2,0 мкм, овальное, реже круглое. Экзина тонкая около 1,0 мкм. Поверхность экзины бугорчатая с мелкими шипиками (бугорками) разного диаметра, на 1 мкм² расположены 10 микрошипиков (Рисунок 2).

Рисунок 2. Детали ультраструктуры пыльцевого зерна хмеля обыкновенного: апертуры и структура поверхности экзины (СЭМ: увеличение х 1000-3000)

Ультраструктура пыльцы Cannabaceae из различных пунктов наблюдения Кыргызстана имела следующие тератоморфозы (отклонения от нормально развитого пыльцевого зерна), похожие на пыльцу Poaceae, имеющей такую же тонкую экзину:

• 1)    деформация — изменение типичной виду округлой или округло-треугольной формы пыльцевого зерна различной степени: слабой, умеренной и сильной.

• 2)    перфорация — сквозное отверстие в эктэкзине, диаметром меньше 1 мкм, включает трещины, отверстия и каверны, расположенные локально или по всей поверхности экзины.

• 3)    фрагментация — более выраженный тератоморфоз, когда произошло нарушение целостности пыльцевого зерна, все слои оболочки разорваны и возникли мелкие фрагменты. Фрагментация пыльцы обычно начинается с перфорации, т. е. появления глубоких трещин и каверн на поверхности экзины, распространяясь на само зерно.

• 4)    сложные изменения скульптурных элементов поверхности экзины: вмятины, выросты, гребни, наплывы и тяжи спорополленина, изменение типичной скульптуры, а также налипание частиц разнообразной природы, например кусочков тапетума.

Для пыльцы с тонкой экзиной характерен выраженный естественный полиморфизм. Показано, что в пробах из центрального и юго-восточного районов г. Ош (1000 м над уровнем моря, Ошская область), благодаря сильным вмятинам на поверхности экзины, пыльца конопли сорной собрана в легко распадающиеся тетрады и полиады. В центре и районе АО «Текстильщик» города наряду с нормально развитыми обнаружены недоразвитые пылинки. В результате нарушения онтогенеза сформировалась пыльца с немногочисленными выростами на поверхности. Вся изученная выборка пыльцы конопли сорной чрезвычайно деформирована, особенно в области апертур (Рисунок 3). Апертуры представляют собой участки оболочки пыльцы, где прочная и устойчивая экзина (внешняя оболочка) сильно редуцирована, а роль стенки выполняет интина (внутренняя оболочка). В связи с этим, область апертур наиболее чувствительна к эффекту действия загрязнителей, и они страдают от них в первую очередь, поэтому у пыльцы коноплевых, так же как у мятликовых полностью исчезает оперкулум (крышечка).

Рисунок 3. Пыльца конопли сорной из района юго-востока и центра г. Ош (увеличение х 2000)

Оказалось, что для одноименной пыльцы из районов г. Бишкек (700–900 м над уровнем моря, Чуйская область), пгт. Кемин (1120 м над уровнем моря, Чуйская область), г. Чолпон-Ата (1602 м над уровнем моря, Иссык-Кульская область) и с. Ананьево (1644 м над у. м., Иссык-Кульская область) свойственна сильно выраженная степень деформации, переходящая в каверны в некоторых пыльцевых зернах. На поверхности экзины отдельных пылинок иногда встречались наплывы спорополленина и прилипшие кусочки тапетальной ткани (Рисунок 4).

Рисунок 4. Пыльцевое зерно конопли сорной из с. Ананьево (увеличение х 3000)

Характерно, что на скульптурированной поверхности экзины пыльцы конопли сорной из г. Каракол (1800 м над у. м., Иссык-Кульская область) образовались бесформенные наплывы спорополленина, выросты, вздутия в виде более крупных бугорков, свойственных таксону и перфорация в виде трещин (Рисунок 5).

Таким образом, пыльца конопли сорной отвечает всем трем критериям тератоморфозов, а именно: имеет тонкую оболочку (1 мкм), округлую или округло-треугольную форму и высокую чувствительность к действию загрязнений, поэтому сильно модифицируется.

Рисунок 5. Пыльцевые зерна конопли сорной из района гг. Чолпон-Ата и Каракол (увеличение X 3000)

Постулируя результаты сканирующей микроскопии нормально развитой и тератоморфной пыльцы конопли, следует отметить выраженную модификацию в связи с воздействием факторов окружающей среды вследствие:

• 1)    тонкой (1,0 мкм) и хрупкой экзины, так как при попадании в воздушную среду эндэкзина исчезала;

• 2)    неравномерно развитой экзины, так как образующиеся наплывы спорополленина, могут служить местом разрыва при формировании тератоморфозов. В норме спорополленин очень устойчивый органический полимер, представляющий собой многочисленные функциональные группы гидроксила;

• 3)    нарушения онтогенеза пыльцы: изменяется типичная бугорчатая поверхность экзины, появляется мозаичная скульптура, на поверхности которой обнаруживаются пылевые частички и кусочки тапетальной ткани. Агломерированные микро частички на поверхности экзины и фрагменты пыльцы транспортируются на далёкие расстояния. В результате этого изменяется механизм попадания тератоморфной пыльцы в организм человека и возрастает тяжесть и распространенность симптомов поллиноза и бронхиальной астмы пыльцевой этиологии;

• 4)    чувствительности к эффекту действия загрязнений, особенно в области апертур.

Результаты палиноморфологических исследований подчеркивают значение оценки нормально развитой и тератоморфной морфологии пыльцы конопли для таксономической идентификации и дифференциации, а также показывают зависимость морфологических особенностей от географической локализации. Для оценки потенциального вклада пыльцы Cannabaceae в аэробиологическую ситуацию пунктов исследований был использован стандартизированный индекс вклада пыльцы (Рисунок 6). Он основан на следующих показателях: сроках цветения, размере пыльцевых зерен (полярная ось и экваториальный диаметр), обилии произрастающих видов в регионе и продукции пыльцы [6].

Конопля — это однолетнее двудомное травянистое растение с крупными пальчатораздельными листьями. Спустя 10 дней после появления всходов растения конопли достигают в высоту 30–35 см. Растения увенчаны зеленоватыми женскими цветками или длинными шипами мужских цветков на отдельных растениях. Это растение родом из Центральной Азии и часто там и произрастает, но культурные формы выращиваются и в других местах для получения волокна при изготовлении веревок, бумаги, экологической одежды. Излюбленными местами обитания конопли являются влажные поля, пастбища, обочины дорог и пустыри. Это сорное растение хорошо распространено в биоценозах и антропоценозах, отличается своей устойчивостью к заболеваниям и высокой приспособленностью к окружающей среде.

Рисун                                                                      nnabaceae в аэробиологическую ситуацию

Сезон цветения конопли приходится на летний период, когда наблюдается повышенная пыльцевая активность таких наиболее аллергенных сорных растений, как полынь, злаковые травы и маревые-амарантовые. Пыльца конопли, благодаря мелкому размеру и летучести, может легко распространяться по воздуху ветром на большие расстояния, что делает ее крайне сильным аллергеном. Хотя пыльцу производят только мужские растения конопли, от контакта с пыльцой нельзя уберечься даже при выращивании женских растений, поскольку на них могут появляться мужские соцветия-гермафродиты. Например, в штате Небраска, где культивируется Cannabis sativa var. spontanea Vavilov, ее пыльца составляет 36% от общего количества в аэробиологическом спектре в период середины-конца августа. В европейских странах (Франция, Испания и Италия) отмечались аналогичные тенденции. Воздушная пыльца каннабиса из Марокко, обнаруживалась на юге Испании в дни с благоприятными погодными условиями. Каждый год с мая по сентябрь североафриканская пыльца идентифицировалась на Пиренейском полуострове тогда, когда воздушный поток находился на большой высоте, поэтому пыльца поднималась над морским слоем воздуха и не попадала в воду. Такой период наблюдался от 15 до 29 дней в году в течение сезона цветения [7–11].

Цветение конопли обычно происходит с июня по август в северо-центральных районах и с сентября по октябрь в северо-восточных районах. Незаконное, криминальное использование этого растения заключается в производстве наркотика марихуаны. C помощью гравиметрического метода продемонстрировано, что пыльца коноплевых варьирует в пыльцевом спектре от 23,5% в г. Каракол (Иссык-Кульская область) до 2,4% в г. Ош (Ошская область) и содержится практически постоянно в атмосфере в период июня-сентября, вызывая аллергию в регионах Центральной Азии. Аэробиологические исследования с применением волюметрического метода (ловушка Ланзони) выявили, что концентрация вышеуказанной пыльцы в воздухе г. Каракол достигала значимых показателей (максимальная суточная концентрация 6567 пыльцевых зерен/м3 в третьей декаде августа) и варьировала в аэробиологических образцах в разные годы исследования от 3% до 10%.

В 2021 г. на площади в 380 га в Иссык-Кульской области обнаружили дикорастущие плантации конопли, 20 т уничтожили или скосили механическим и химическим способами. До 1965 г. коноплю выращивали в Киргизии как техническую культуру для производства мешков, бечевки и канатов, устойчивых к гниению в воде. В настоящее время департамент пастбищ министерства сельского хозяйства предполагает вновь вернуться к культивированию конопли посевной, а по мере роста сельскохозяйственной отрасли Cannabis sativa var. spontanea Vavilov также может стать более серьезным аэроаллергеном.

Растущая распространенность

аллергии

на

коноплю

Симптомы аллергии

Кожа;    нижние дыхательные пути; кишечный     тракт;

сосудистая система Анафилаксия

на и

коноплю:

верхние желудочносердечно-

вследствие больших площадей дикорастущей конопли, легализации и употреблении марихуаны, её промышленного выращивания

Модификация пыльцы конопли вследствие естественной дегрануляции и повреждения под воздействием факторов окружающей среды

ПУТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ:

Курение   Попадание пыльцы внутрь

Контакт

Рисунок 7. Графическое резюме: Настоящий статус аллергии на пыльцу конопли

По данным Государственной службы контроля наркотиков, сейчас в стране дикорастущая конопля произрастает на площади 2617 га (ранее сообщалось о площади в 10000 га), что равняется площади 12 Монако. Местные депутаты также призывают к легализации марихуаны как легкого наркотического средства. Таким образом, можно представить будущий сценарий легализации марихуаны и промышленного ее выращивания, когда различные пути воздействия и сенсибилизации будут способствовать росту аллергии на пыльцу конопли (Рисунок 7).

Во-первых, в связи с повышением концентрации пыльцы конопли в атмосфере; во-вторых, люди могут сенсибилизироваться путем вдыхания аллергена каннабиса через активное курение и (или) испарение препарата; в-третьих, при использовании наркосодержащих лекарственных препаратов; в-четвертых, при кожном контакте (в группе риска находятся производители каннабиса и полицейские, которые уничтожают незаконные растения конопли).

Заключение

Глобальное употребление конопли, будь то по медицинским показаниям или в тех случаях, когда оно легализовано в рекреационных целях, имеет тенденцию к росту, а вместе с ним и распространенность аллергии на ее пыльцу [11]. Спровоцировать ту или иную аллергическую реакцию может один из аллергенов конопли. Главным из них является белок переноса липидов (nsLTP) Cans3, содержащийся в культивируемой конопле. Его функции заключаются в переносе и осаждении липидов через клеточные мембраны. Неспецифические белки переноса липидов PR-14 являются паналлергенами, повсеместно присутствующими во всех растениях, включая фрукты и овощи [12]. Следовательно, сенсибилизация к Cans3 может быть объяснением высокого разнообразия вторичных пищевых аллергий растительного происхождения, наблюдаемых у европейских пациентов с аллергией на коноплю за счет перекрестной реактивности между ней и растительными продуктами питания [13].

Для предотвращения дальнейших социально-экономических и медицинских потерь, связанных с аллергическими заболеваниями, муниципальные органы власти должны принимать эффективные меры профилактики. К ним относится своевременное уничтожение механическим и химическим путем плантаций дикорастущей конопли, особенно большую площадь они занимают в Чуйской и Иссык-Кульской областях. Важной мерой также является контроль употребления марихуаны (анаши) наркоманами в стране. Основные выводы проведенных палиноморфологических и аэробиологических исследований:

• 1.    Пыльца Cannabaceae, так же как и Poaceae, обладая сферической геометрией и бугорчатой поверхностностью экзины часто деградирует в окружающей среде, что приводит к потере архитектоники, структуры и размера. Она сильно модифицируется под воздействием факторов окружающей среды вследствие:

• -    тонкой (1,0 мкм) и хрупкой экзины;

• -    неравномерно развитой экзины, так как образующиеся наплывы спорополленина, могут служить местом разрыва при формировании тератоморфозов;

• -    нарушения онтогенеза пыльцы: изменяются скульптурные элементы поверхности экзины, появляется иная скульптура с агломерированными пылевыми частичками и кусочками тапетальной ткани.

• -    чрезвычайной чувствительности к эффекту действия загрязнений, особенно в области апертур. В результате этого изменяется механизм попадания тератоморфной пыльцы в организм человека и возрастает тяжесть и распространенность симптомов поллиноза и пыльцевой астмы.

• 2.    Стандартизированный индекс вклада пыльцы позволил оценить важность выбросов пыльцы Cannabaceae по заданным показателям: фенологии, размеру пыльцевого зерна, видовому обилию и пыльцевой продукции.