Особенности формирования специфической гаптенной сенсибилизации к фенолу у детей

Стремительная урбанизация и высокие темпы индустриализации способствуют значительному загрязнению окружающей среды [1]. Антропогенные источники вносят значительный вклад в загрязнение атмосферы фенолом и его производными [2, 3]. По оценкам экспертов во многих мегаполисах мира отмечается сверхнормативное загрязнение воздушной среды фенолом1 [4–7]. Оценка состояния атмосферного воздуха селитебных территорий РФ в целом за период 2015–2020 гг. показала увеличение процента проб с превышением ПДК по содержанию гидроксибензола (фенол) и его производных в 1,45 раза (с 0,86 до 1,25)1.

Фенол при ингаляционном поступлении в организм выступает в качестве сенсибилизирующего агента и обладает способностью проявлять проал-лергическую активность [8]. Развитие IgG-специфической сенсибилизации к фенолу формирует риск развития бронхиальной астмы, аллергического ринита, астмоидного бронхита, поллиноза, гипертрофических изменений слизистой респираторного тракта. Дети, в отличие от взрослых, более чувствительны к воздействию фенола. В условиях экспозиции фенолом в биосредах детского организма, относительного взрослого человека, идентифицируются более высокие концентрации поллютанта, что обусловлено анатомо-физиологическими особенностями (дыхательная поверхность легких по отношению к массе тела больше, чем у взрослых, узкие дыхательные пути, несовершенная система детоксика-

Долгих Олег Владимирович – доктор медицинских наук, заведующий отделом иммунобиологических методов диагностики (e-mail: ; тел.: 8 (342) 236-39-30; ORCID: .

Дианова Дина Гумяровна – доктор медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории методов клеточной диагностики отдела иммунобиологических методов диагностики (e-mail: ; тел.: 8 (342) 236-39-30; ORCID: .

ции, возрастные особенности иммунной системы и др.)2 [9]. Возраст ребенка от 4 до 6 лет является одним из критических периодов при формировании иммунитета и характеризуется Th-2-смещением ци-токинового профиля и максимальной гиперпродукцией антител класса Е в сравнении с другими периодами детства [8, 10]. Кроме того, дети, рост которых относительно взрослого человека намного меньше, подвергаются воздействию более высоких концентраций фенола в связи с тем, что более значительные уровни его паров регистрируются ближе к поверхности Земли2.

Очевидно, загрязнение атмосферы гидроксибензолом обусловливает риск развития сенсибилизации и аллергопатологии у детей дошкольного возраста как наиболее чувствительной группы населения. Характеристика группового, индивидуального профиля специфической IgG-сенсибилизации к фенолу необходима для раннего выявления восприимчивости к химическим веществам техногенного происхождения, что в дальнейшем будет способствовать принятию профилактических мер для снижения уровня заболеваний, ассоциированных с аэрогенным воздействием фенола.

Цель исследования – оценить уровень специфической гаптенной сенсибилизации у детей, проживающих в условиях избыточной аэрогенной экспозиции фенолом.

Материалы и методы. Выполнена гигиеническая оценка атмосферного воздуха на территориях детских садов, расположенных в различной удаленности от предприятия черной металлургии, выбросы которого создают опасные концентрации фенола, превышающие ПДК мр (территория наблюдения 1 располагается в 1 км от предприятия, территория наблюдения 2 – в 5 км). В качестве территории сравнения выбрана территория, условия которой характеризуются отсутствием источников выбросов фенола. Гигиеническая оценка качества воздуха выполнялась согласно РД 52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы»³, использовались две нормативные величины: среднесуточная концентрация (ПДК сс ) и максимальная разовая (ПДК мр ). Проанализированы данные об объемах и составе выбросов от стационарных и передвижных источников (№ 2–ТП (воздух)).

Диагностические исследования выполнены согласно требованиям, изложенным в Хельсинкской декларации ВМА (1964, 2013). Для изучения уровня общей сенсибилизации и специфической сенсибилизации к фенолу выполнено обследование 286 детей младшего дошкольного возраста, проживающих и посещающих детские дошкольные учреждения (ДДУ) на исследуемых территориях. Группа сравнения – 95 детей, проживающих и посещающих ДДУ на «условно чистой» территории. Группа наблюдения 1 – 99 детей и группа наблюдения 2 – 92 ребенка, проживающих и посещающих ДДУ на территории наблюдения 1 и территории наблюдения 2 соответственно. Критерии включения в исследование: возраст детей от 4 до 6 лет, проживание не менее пяти лет на исследуемых территориях. Критерии исключения: участие в другом исследовании, невозможность или нежелание родителей обследуемых детей подписать информационное согласие на участие в исследовании. Все родители (опекуны) подписали информированное согласие на участие в исследовании и использование персональных данных.

Химический анализ крови детей включал количественное определение содержания фенола методом газовой хроматографии в соответствии с МУК 4.1.2102-4.1.2116-064 на капиллярном газовом хроматографе «Кристалл 2000» (ЗАО СКБ «Хрома-тэк», Россия).

Содержание IgG специфического к фенолу выполнено аллергосорбентным методом, IgE общего – методом иммуноферментного анализа на анализаторе Sunrise (Tecan, Австрия).

Статистическая обработка и анализ полученных результатов выполнены с использованием пакета статистических программ Statistica 6.0 (StatSoft, США). В качестве критерия нормальности распределения признаков в группах обследуемых детей использовали критерий Колмогорова – Смирнова. Для проверки нулевых гипотез о равенстве средних значений между двумя независимыми группами с нормальным распределением применялся двухвыборочный критерий Стьюдента. Представленные данные описаны с помощью среднего арифметического значения (М), ошибки среднего арифметического (m) и 95%-ного доверительного интервала для среднего (95 % ДИ). Сравнение выборочных данных с физиологическими уровнями выполнено с использованием одновыборочного критерия Уилкоксона. Для оценки связи исследуемых ответов с воздействием фактора (фенол) рассчитывали отношение шансов (OR) и 95%-ный доверительный интервал для отношения шансов. Для всех выполненных анализов различия считались статистически значимыми при уровне значимости р < 0,05.

Результаты и их обсуждение. На территориях наблюдения уровень загрязнения атмосферного воздуха сформирован выбросами загрязняющих веществ от стационарных источников. Так, валовый выброс фенола (гидроксибензола) (код 1071) составил 97,721626 т/г., максимальный разовый – 3,0533076 г/с.

Содержание фенола в атмосфере исследуемых территорий наблюдения (по усредненным значениям) обнаружено в значениях ниже ПДК сс (до 0,68 ПДК). Установлено, что на территориях в зоне влияния выбросов промышленного предприятия среднее значение превышения ПДК сс фенола в атмосферном воздухе в среднем в 2,4 раза выше, чем на территории, характеризующейся отсутствием загрязнения атмосферы промышленными выбросами. Оценка максимальных разовых концентраций загрязняющих веществ, выбрасываемых предприятием черной металлургии, выявила, что наблюдались превышения допустимых значений по фенолу на территории наблюдения 1 – 1,74 ПДК мр , на территории наблюдения 2 – 1,09 ПДК мр .

Обнаружено, что у детей группы наблюдения 1 в биологических субстратах (кровь) статистически значимо (р = 0,031) в 1,9 раза повышено содержание фенола относительно значений, зафиксированных у детей группы сравнения (табл. 1). В образцах крови детей группы наблюдения 1 доля проб с повышенным содержанием фенола в крови относительно значений, полученных у обследуемых группы сравнения, составила 88,9 %. Среднегрупповое содержание фенола в биосредах детей группы наблюдения 2 не имело статистически значимых различий (р = 0,376) по отношению к результатам, полученным у обследуемых группы сравнения. У детей, проживающих на территории наблюдения 2, доля проб со значительным превышением концентрации фенола в крови относительно значений, полученных у детей, проживающих на территории сравнения, составила 75 %.

Установлено, что у всех обследуемых детей концентрация общего иммуноглобулина Е статистически значимо ( р < 0,05) превышает физиологические значения 0–49,9 МЕ/см³. Сравнительная характеристика показателей, характеризующих специфическую сенсибилизацию к приоритетному фактору, выявила, что у детей, проживающих и посещающих ДДУ вне экспозиции фенола, уровень IgG специфический к фенолу идентифицирован в диапазоне физиологических значений 0–0,13 усл. ед. У обследуемых группы наблюдения 1 статистически значимо ( p = 0,003) в 4 раза повышена концентрация специфического IgG к фенолу по сравнению с аналогичными показателями у обследуемых групп сравнения. Статистически значимо ( p = 0,014) в 3,5 раза повышен уровень специфической сенсибилизации IgG к фенолу у детей группы наблюдения 2 относительно результатов, полученных у детей группы сравнения. Обнаружено, что у детей, проживающих и посещающих ДДУ на территориях наблюдения (территории с различной удаленностью от источников влияния промышленных выбросов), продукция IgG специфического к фенолу статистически значимо ( р < 0,05) в среднем в 1,2 раза превышает верхнюю границу физиологического диапазона.

У детей группы сравнения, групп наблюдения 1 и 2 доля проб со значительным повышением концентрации IgE общего по сравнению с физиологической нормой составила 38,3, 58 и 43,3 % соответственно (табл. 2). У обследуемых группы наблюдения 1 гиперпродукция IgG специфического к фенолу обнаружена в 58 % анализируемых пробах сыворотки крови, кратность превышения по сравнению с результатами, полученными в группе сравнения, составила 6,7 раза. Доля проб с завышенным содержанием иммуноглобулина специфического к фенолу относительно физиологической нормы у детей группы наблюдения 2 составила 36,2 % против 8,7 % случаев в группе сравнения, кратность превышения составила 4,2 раза.

Таблица 1

Химический анализ биосред и профиль сывороточных иммуноглобулинов у детей, экспонированных фенолом

Показатель	Группа сравнения, n = 95	Группа наблюдения 1, n = 99	Группа наблюдения 2, n = 92	р 1	p 2
Фенол в крови, мг/дм3
М ( m )	0,0379 (0,0083)	0,0732 (0,014)	0,0563 (0,019)	t = 2,17	t = 0,89
95 % ДИ	0,02–0,05	0,07–0,08	0,05–0,06	p = 0,031	p = 0,376
Профиль сывороточных иммуноглобулинов
IgE общий, МЕ/см3
М ( m )	75,37 (17,00) *	144,84 (33,10) *	87,76 (25,00) *	t = 1,87	t = 0,41
95 % ДИ	71,84–78,90	136,42–153,26	82,52–93,00	р = 0,634	р = 0,682
IgG специфический к фенолу, усл. ед.
М ( m )	0,04 (0,005)	0,16 (0,04) *	0,14 (0,04) *	t = 2,98	t = 2,48
95 % ДИ	0,03–0,05	0,15–0,17	0,13–0,15	р = 0,003	р = 0,014

П р и м е ч а н и е : р ¹ – достоверность различий показателей между группой сравнения и группой наблюдения № 1 согласно t -критерию Стьюдента; р ² – достоверность различий показателей между группой сравнения и группой наблюдения № 2 согласно t -критерию Стьюдента; * – статистически значимые различия с физиологической нормой согласно одновыборочному критерию Уилкоксона, различия считаются статистически значимыми при р < 0,05.

Таблица 2

Частота отклонений от физиологической нормы показателей аллергической настроенности у детей с различным уровнем контаминации биосред фенолом

Показатель	Физиологическая норма	Группа сравнения, n = 95		Группа наблюдения 1, n = 99		Группа наблюдения 2, n = 92
		Доля проб с отклонением от физиологической нормы, %
		выше	ниже	выше	ниже	выше	ниже
IgE общий	0–49,9	38,3	0	58	0	43,3	0
IgG специфический к фенолу	0–0,13	8,7	0	58	0	36,2	0

Анализ отношения шансов демонстрирует связь контаминантной нагрузки с повышением специфической сенсибилизации к фенолу у детей группы наблюдения 2 ( OR = 6,08; 95 % ДИ = 2,62–14,09; р < 0,05). Установлено, что с увеличением гаптенной (фенол) нагрузки повышается риск избыточной продукции общего иммуноглобулина Е и иммуноглобулина G специфического к фенолу у обследуемых, проживающих на территории наблюдения 1 ( OR = 2,22; 95 % ДИ = 1,25–3,95; р < 0,05 и OR = 14,75; 95 % ДИ = 6,45–33,73; р < 0,05 соответственно).

В научных исследованиях последнего десятилетия показано негативное влияние фенола на иммунную систему, ассоциированное с формированием аллергических реакций [9–11]. Полагают, иммуномодулирующий эффект фенола опосредован его тропностью к рецепторами эстрогена (ER), рецепторам, активирующим пролиферацию пероксисом (PPAR), арилуглеводородным рецепторам (AhR), способностью вызывать Th2-смещение цитокиново-го профиля [8, 12–15].

Эстрогеновые рецепторы, в значительном количестве экспонируемые на многих иммунокомпетентных клетках, выполняют важнейшую роль в регуляции пролиферативной и функциональной активности им-муноцитов, поддерживают баланс Th1- и Th2-цито-кинов. Активация рецепторов к эстрогену индуцирует дегрануляцию тучных клеток посредством изменения внутриклеточного гомеостаза кальция. Дополнительно эстрогеноподобные химические вещества вызывают быстрое дозозависимое высвобождение β-гексозами-нидазы из тучных клеток, тем самым усиливая IgE-опосредованное высвобождение гистамина из тучных клеток [15]. PPAR относится к основным регуляторам энергетического баланса в клетке и активности транскрипционного фактора NF-κB, а также является важнейшим участником регуляции процессов воспаления и фиброза [16]. В ряде экспериментальных и клинических исследований установлена способность фенола и его метаболитов (гидрохинон) вызывать гиперпродукцию интерлейкина 4 и повышение уровня иммуноглобулина Е [10, 12, 13]. В экспериментальных моделях астмы Th2-зависимая девиация иммунного ответа способствовала значительной генерации активных форм кислорода, что обусловливало усиление степени тяжести воспалительного процесса [16]. Доказано значение AhR в осуществлении протективного ответа организма на воздействие ксенобиотиков. Арилуглеводородный рецептор играет защитную роль при развитии аутоиммунной патологии, онкологического процесса и аллергии. Фермент индолеамин-пиррол-2,3-диоксигеназ (IDO) катализирует расщепление незаменимой аминокислоты триптофана (TRP) до N-формил-кинуренина и обладает протективным эффектом при развитии бронхиальной астмы. В системе in vivo (в моделях у животных) показано, что AhR и NF-κB участвуют в регуляции экспрессии IDO [17]. Установлено, значение арилуглеводородного рецептора в продукции иммуноглобулинов (IgA, IgG, IgМ, IgЕ) и процессе переключения их различных классов (IgG–IgE), а также изотипов IgG в плазматической клетке5.

Интенсивное загрязнение воздушного бассейна промышленными выбросами (гидроксибензол (фенол) и его производные) приводит к ухудшению здоровья населения [18–20]. Дети, проживающие в зонах влияния выбросов промышленных предприятий, относятся к наиболее чувствительной группе риска, испытывая значительную нагрузку внешних неблагоприятных факторов. Установлено, что сверхнормативное загрязнение атмосферного воздуха фенолом вызывает выраженную сенсибилизацию организма. Между тем следует помнить о существующей опасности сенсибилизации малыми дозами иммунотроп-ного химического вещества. Также фенол является веществом с высоким аллергизирующим потенциа-лом2 [8]. Ряд аллергических заболеваний имеет IgE-зависимый и IgG4-зависимый сценарии развития, предопределяя повышение уровня специфических антител в сыворотке крови. Однако идентификация IgE общего и специфических антител класса IgG в диапазоне физиологических значений не является свидетельством отсутствия сенсибилизации и / или аллергической реакции, так как не исключено связывание иммуноглобулина G тканями или локальная продукция IgG. Результаты настоящего исследования согласуются с ранее полученными данными о негативном аэрогенном воздействии фенола на иммунную систему, которое характеризуется развитием сенсибилизации, ассоциированной с уровнем экспозиции иммунотропного химического вещества2 [10].

Таким образом, на территориях, где приоритетным фактором антропогенного загрязнения воздушного бассейна является фенол, у детского населения формируется риск развития специфической сенсибилизации, что запускает формирование и манифестацию аллергических заболеваний, ассоциированных с ингаляционным поступлением иммуно-тропного химического вещества, в критические периоды детского возраста. На территории в минимальной удаленности от зоны с высоким уровнем концентрации промышленного производства (территория наблюдения 1) отмечалось превышение допустимых значений по фенолу в атмосферном воздухе до 1,7 ПДКмр, а на территории, расположенной в максимальной удаленности возможного влияния промышленных выбросов (территория наблюдения 2), – 1,1 ПДКмр. В крови детей, проживающих вблизи источника промышленных выбросов (группа наблюдения 1), обнаружено статистически значимое (р = 0,031) повышение в 1,9 раза среднегруппового содержания фенола в крови по сравнению со значениями, установленными у детей, проживающих вне зоны влияния выбросов фенола (группа сравнения). Межгрупповое сравнение уровней фенола в крови детей группы наблюдения 2 (дети, приживающие в значительной удаленности от зоны промышленного предприятия) и группы сравнения не выявило статистически значимых различий. Установлено статистически значимое (р = 0,003–0,014) повышение в 4,0 и 3,5 раза уровня специфических антител IgG к фенолу у детей, проживающих в минимальной и максимальной удаленности от промышленного источника поступления фенола в атмосферу, соответственно. Гиперпродукция специфического имму- ноглобулина G к фенолу обнаружена у 60 % детей группы наблюдения 1 и у 36 % обследованных группы наблюдения 2. Результаты математического моделирования подтверждают иммунологически опосредованное повышение чувствительности организма к хроническому воздействию фенола (OR = 6,08–14,75; р < 0,05). Представленные результаты исследования указывают о влиянии уровня аэрогенной экспозиции фенолом на степень контаминации биосред данным химическим веществом, тем самым обусловливая частоту развития и степень тяжести развития сенсибилизации и аутоиммунитета.

Ингаляционная гаптенная химическая нагрузка (фенолом) на организм детей в возрасте 4–6 лет способствует развитию специфической сенсибилизации к иммунотропному веществу антропогенного происхождения и формирует риск развития аллергических заболеваний. Сравнительная характеристика группового и индивидуального профилей специфических антител класса IgG к фенолу, представленная в данном исследовании, подтверждает, что степень сенсибилизации в условиях хронической аэрогенной экспозиции фенолом ассоциирована с уровнем экспозиции гаптена (фенола) ниже предельно допустимой концентрации. Показано, что гаптенассоцииро-ванный уровень IgG специфического к фенолу у детей раннего дошкольного возраста, проживающих в зоне его низкоуровневой аэрогенной экспозиции, является критерием ранних проявлений сенсибилизации и формирования аллергопатологии ( OR = 14,75; 95 % ДИ = 6,45–33,73; р < 0,05).

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.