Пыльца сосновых как потенциальный аэроаллерген

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 575.224 504.53.054                          

Рост больных поллинозами во всем мире актуализирует Международную аэробиологическую ассоциацию (IAA) выпускать два раза в год Международный информационный бюллетень по аэробиологии, сообщающий о yмеждународных конгрессах и образовательных программах для специалистов. Следующий (13-й) Международный конгресс по аэробиологии пройдет в Калькутте, Индия, с 25 по 29 ноября 2026 года. 21 марта 2025 года, по случаю XVIII Национального дня пыльцы в Италии, Высший институт охраны окружающей среды и исследований и тематическая сеть POLLnet SNPA провели семинар «Аэробиологический мониторинг между природным наследием и искусственным интеллектом». направленный на популяризацию аэробиологии как фундаментальной дисциплины в изучении экологических проблем, связанных с интерпретацией аллергических заболеваний. Аэробиологический мониторинг с применением волюметрических ловушек и идентификацией аэроаллергенов под микроскопом человеком, а не ИИ, остается золотым стандартом исследования. В мире широко распространена сеть биологического мониторинга качества воздуха, включающая изучение концентрации пыльцы растений и спор грибов. В реальном времени онлайн-дневники пыльцы и мобильные приложения позволяют легко и быстро документировать симптомы пыльцевой аллергии. Такие краудсорсинговые данные о симптомах дают представление о развитии и начале пыльцевой аллергии [1].

Через приложение на мобильном телефоне можно узнать прогноз периодов максимального риска, в течение которых конкретные больные поллинозом подвергаются воздействию ведущих аэроаллергенов. Известно, что семейство Pinaceae включает 650 видов, ее пыльца обладает слабовыраженными аллергенными свойствами. Характеристика пыльцы Pinus: крупный размер, высокая летучесть благодаря воздушным мешочкам (крыльям), уникальная палиморфология, высокая пыльцепродукция. Она подвержена влиянию изменения климата и загрязнению антропогенной среды, что выражается в меняющихся сроках фенологии и пыльцепродукции растений и аллергенных свойств, появлению тератоморфов.

Цель настоящей статьи — изучить концентрацию пыльцы Pinaceae в воздухе, их интегративный вклад в аэробиологический спектр г. Каракол как потенциальных пыльцевых аллергенов.

Материал и методы исследования

Каракол (Киргизия) расположен в среднегорье на высоте 1 800 м над у. м. (НУМ) на юго-востоке Иссык-Кульской области, у северного подножья хребта Терскей Ала-Тоо. Горные еловые леса Кыргызской Республики представлены главной лесообразующей породой — елью тянь-шаньской ( Picea Schrenkiana ), на долю которой приходится 12,7% от всей площади лесов. Основные массивы еловых лесов сосредоточены в северной части республики по склонам гор, окаймляющих озеро Иссык-Куль и по бассейну реки Нарын. В них произрастает занесенная в Красную книгу Кыргызской Республики пихта Семенова (Abies semonovii) (3,4 тыс. га). Здесь же произрастают интродуцированные породы: береза повислая, сосна обыкновенная, лиственница сибирская. Среднегодовая температура в городе Каракол за более недавний период (с 2010 по 2025 г) увеличилась в среднем на 1,9⁰C, а годовое количество осадков уменьшилось примерно на 22,7%.

Метод исследования: волюметрический с применением стандартизированной ловушки Ланзони, установленной на крыше здания в пределах городской черты Каракол, вдали от парковых зон и промышленных предприятий, на высоте 13 метров над уровнем почвы.

Микроскопия. Идентификация и подсчет пыльцевых зерен, включая сосновых, производились под световыми микроскопами “Carl Zeiss” (Германия) и MEIJI (Япония) с 100-400х-кратным увеличением. Для этого применялись специальные определители и атласы пыльцы, включая авторские разработки (Таблица 1).

Идентификация. Пыльцевые зерна Pinaceae имеют крупные размеры из-за своих воздушных мешочков или пузырей, которые делают их одними из самых узнаваемых для идентификации пыльцевых зерен. Благодаря им они переносятся ветром на большие расстояния. Среди крылатых пыльцевых зерен тело имеет форму от субсфероидальной до широко-эллипсоидальной. Воздушные мешочки обычно сетчатые или иногда гладкие. Размер пыльцевых зерен варьирует от 80 до 130 мкм. Они регистрируются в общей графе – семейства Pinaceae с дифференцировкой до рода. Статистическая обработка и графическое изображение порученных результатов аэробиологического мониторинга проводились на основе пакета программы «Microsoft Exel» (Рисунок 1).

Концентрация пыльцы Pinaceae в воздухе была выражена в виде пыльцевого индекса (ПИ – процент от годовой суммы типов пыльцы за общий период отбора проб 2015-2017 гг.).

Таблица 1

ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЙ ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ

НОРМАЛЬНО РАЗВИТОЙ ПЫЛЬЦЫ СЕМЕЙСТВА СОСНОВЫЕ

Мелкобугорчато-ямчатая экзина

ПЗ одиночные крупные, 80–130 мкм, билатерально-симметричные, с воздушными мешками или без.

СОСНОВЫЕ

	Толщина экзины проксимальной части щита превышает 5 мкм:
Мелкобугор чато-	Щит равномерно утолщен. ПЗ 120–130 мкм. Воздушные мешки Жг    \
ямчатая	в месте прикрепления образуют почти развернутый угол 180 градусов                      ^ttiw Ель Picea <7чИ ч^Д^ж!

Мелкобугор  Щит равномерно утолщен. ПЗ

чатая        120–130 мкм. Воздушные мешки в месте прикрепления образуют угол 90 градусов

Сосна Pinus

Щит неравномерно утолщен. ПЗ 129–132 мкм в диаметре, мешковые, широко эллипсоидальные.

Пихта Abies

	Толщина экзины проксимальной части щита превышает 5 мкм:
Мелкобугор чатая	ПЗ 80–90 мкм в диаметре,                         е ! сфероидальные,   1-лептомные,          ।                                   . безмешковые. Лептома слабо заметная, погруженная Лиственница Larix

Интегральная оценка жизнеспособности и фертильности пыльцы ели была произведена с помощью метода Шардакова. Жизнеспособность пыльцы — это способность мужского гаметофита к росту на соответствующих тканях пестика. Также исключительная жизнеспособность способствует рассеиванию пыльцы на далекие расстояния. Для этого используется цветная реакция, в ходе которой пыльцевые зерна, у которых высокая активность пероксидазы, окрашивается в ярко-красный цвет, красноватый или малиновый цвет. Пыльца бесцветная или бледно-желтого цвета имеет низкую пероксидазную активность или полное ее отсутствие, поэтому считается стерильной.

Исследования проводились на базе гидрометеорологического стационара Чон-Кызыл-Суу, на высоте 2555 НУМ (Джеты-Огузский район расположен в 35 км к западу от г. Каракол).

Для оценки результатов аэробиологического мониторинга использовать пыльцевые индексы, имеющие отношение к здоровью: годовой пыльцевой интеграл (APIn), даты начала и окончания сезона и продолжительность сезона. APIn коррелирует с тяжестью симптомов аллергии у сенсибилизированных лиц [2].

Рисунок 1. Графическое резюме. Алгоритм и дизайн проведенного исследования

Результаты и их обсуждение

В воздушней среде г. Каракол в течение трех сезонов наблюдения циркулировала пыльца 35 таксонов растений, а именно: 20 таксонов древесно-кустарниковых растений (5 таксонов порядка хвойных Pinopsida) , 15 таксонов трав. Из них 7 таксонов растений доминировали: полынь (Artemisia sp.), сосна (Pinus sp.), ель (Picea sp.), маревые ( Chenopodiaceae ), злаковые (Poaceae), коноплевые (Cannabiaceae), астровые (Asteraceae), кипарисовые (Cupressaceae).

При принятии решения о том, какие типы пыльцы в воздухе являются наиболее важными в регионе, необходимо учитывать ряд факторов, включая аллергенную способность, а также пыльцепродукцию. Виды семейства сосновые опыляются с помощью ветра, внося большой вклад в подсчет пыльцы, и часто представляя видимые слои на улицах и окнах автомобилей в сезон пыления. Подсчитано, что число пыльцевых зерен лиственных деревьев в 2015 г. составило 767 (35%), 2016 г. — 6031 (25%), 2017 г. — 33596 (32%) п. з./см3, хвойных деревьев 1419 (65), 18124 п.з./см3 (75%), 22855 (68%) спектра соответственно в те же годы (Рисунок 2).

Ранее считалось, что пыльца Pinaceae обладает слабовыраженными аллергенными свойствами и не относится к причинно-значимым аэроаллергенам. Распространенность пыльцы Pinaceae в воздухе регионов и ее перекрестная реактивность с пыльцой других растений позволяют отнести пыльцу Pinaceae к потенциально аллергенной [3].

Крупный размер пыльцы и низкое содержание белков, защищенных восковой оболочкой, являются основными причинами, объясняющими её низкую аллергенность. В последние годы у больных в различных географических районах мира резко возрос уровень сенсибилизации к Pinales (Cupressaceae и Pinaceae) . Под воздействием негативных антропогенных факторов и изменения климата восковая оболочка пыльцы Pinaceae разрушается, аллергенные белки раскрываются и легче проникают в слизистые оболочки, провоцируя аллергические реакции [4–9].

Рисунок 2. Количественный состав пыльцы лиственных и хвойных деревьев (%) в воздухе г. Каракол

В настоящее время указанная пыльца включена в Пыльцевой Мониторинг и разработаны тесты для определения специфических IgE-антител. Количественные тенденции в вариациях показателей пыльцы Pinus (период появления, продолжительность, максимальная суточная концентрация и пиковый день) приведены в Таблице 2.

Таблица 2

ВАРИАЦИИ В ЗНАЧЕНИЯХ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СЕЗОНЫ ПЫЛЬЦЫ Pinus sp.

Регистрируемые показатели	2015	2016	2017
Начало сезона пыления	23 апреля	17 апреля	3 мая
Окончание сезона пыления	12 августа	3 августа	10 сентября
Число дней присутствия в воздухе	110	108	130
Максимальная суточная концентрация п.з./см3	681	4259	8017
Дата регистрации	15 июня	3 мая	30 мая
Всего за сезон пыления п. з./см3	1220	16002	14444
Пыльцевой индекс % от древесно-кустарникового спектра	1,42	17,5	13

В атмосфере г. Каракол в весенне-летний период также регистрировалась концентрация пыльцы других видов ( Larix, Abies) семейства Pinaceae , но среди них по количеству лидировала Picea, содержащаяся в воздухе 88 дней, суммарное количество варьировало от 715 (2017) до 1026 (216) п.з./см³ с максимальным суточным числом в пределах 300 п. з./см³. Таким образом, в аэропалинологическом спектре по количественным характеристикам преобладала пыльца сосны, по сравнению с пыльцой ели, что обусловлено их биологическими особенностями деревьев и способностью к распространению пыльцы. У сосны обильная пыльцепродукция: одна ветка может выпустить до 300 млн., а ели — около 100 млн. пыльцевых зерен. Пыльца сосны имеет два характерных воздушных мешочка (крыла), которые значительно увеличивают ее парусность, способствуют горизонтальному переносу ветром на очень большие расстояния, иногда на сотни километров от источника [4].

Для пыльцы деревьев существует следующая оценочная градация уровней: 0–14 — низкий, 15–89 — средний, 90–1499 — высокий, >1500 п.з./см³— очень высокий. Пыльца Pinus в период массового ее цветения стабильно находилась в высоких диапазонах в воздухе. С учётом того, что концентрация >1500 п.з./см³ относится к очень высоким уровням, то самый высокий суточный максимум за три года превышал его в 5,3 раза. Известно, что сроки и интенсивность пыльцевого сезона определяются самой генетикой видов, точнее особенностями пыльцепродукции, но фенология растений также зависит от изменения климата, воздействующего на сами растений и концентрацию воздушной пыльцы. Таким образом, пыльцы сосны стабильно циркулировала в воздухе г. Каракол все сезоны

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 12. №2 2026 исследования и составляла от 108 до 130 дней. Её максимальные суточные концентрации выявлены в мае-июне, достигая 4259п.з./см3. Среднегодовая концентрация за 3 летний период исследования составила 10 555,3 п.з./см3. В сравнении с аналогичными исследованиями, где среднегодовая концентрация за 5 лет исследования в Тимишоаре, Румыния с использованием ловушки Lanzoni VPPS 2000, составила 452,8 п.з./см3 [5].

Представленные результаты отражают преобладающую унимодальную конфигурацию в концентрации пыльцы Pinus, за исключением данных 2016 (Рисунок 3).

декада, декада, декада, декада, декада, декада, декада, декада, декада, декада, декада, декада, декада, апрель апрель апрель май май май июнь июнь июнь июль июль июль август апрель               май                            июнь

Рисунок 3. Кривая концентрации пыльцы Pinus (по декадам) в воздухе г. Каракол

Самый высокий годовой уровень пыльцы Pinus был достигнут в 2016 году (16002 п.з./см³), а самый низкий — в экстремально жаркий 2015 год (1220 п.з./см³). Температуры в 30,1ºС в 2015 году негативно повлияли на пыльцепродукцию Pinus (3,8% от всей пыльцы за три вегетационных сезона). Крое того, полное отсутствие пыльцы у хвойных деревьев в отдельные годы может быть связано с различными факторами, включая погодные условия, возраст деревьев или стрессовые ситуации, главный из которых — экономия ресурсов деревом. Сосна (как и многие другие ветроопыляемые деревья) не может позволить себе ежегодно тратить огромные силы на максимальное цветение. Следовательно, у сосны относительно короткий сезон, по сравнению с пыльцой ведущих аэроаллергенов (например, злаков — 171 день), но с высокой концентрацией пыльцы. Для оценки потенциального вклада пыльцы Pinaceae в аэробиологическую ситуацию г. Каракол использовали интегрированный индекс вклада пыльцы (Рисунок 3). Он базируется на следующих параметрах: сроках цветения, размере пыльцевых зерен (80–130 мкм), обилии видов в регионе и продукции пыльцы и характеризуют эту пыльцу как потенциальные аллергены [10].

Согласно филогенетической классификации, хвойные деревья состоят из одного класса, Pinopsida , и описано семь семейств: Araucariaceae, Podocarpaceae, Sciadopityaceae, Cupressaceae/Cephalotaxaceae/Taxaceae и Pinaceae . Хвойные, от латинского слова, означающего «носитель шишек», включают около 650 видов, широко распространенных по всему миру [11], наиболее известные среди них: ели, сосны, кипарисы, можжевельники, тисы, лиственницы, пихты. Самую аллергенную пыльцу выделяет семейство Cupressaceae/Taxaceae с пятью главными родами : Cupressus, Hesperocyparis, Juniperus, Cryptomeria и Chamaecyparis. Пыльца сосновых характеризуется наличием воздушных мешочков (сакки), кроме лиственницы, которые выполняют аэродинамическую функцию, способствуя её переносу и распространению в атмосфере [12, 13].

Рисунок 3. Интегративный индекс вклада пыльцы сосновых в аэробиологическую ситуацию г. Каракол

Несмотря на повышенную пыльцевую продукцию, которая, по расчетам, составляет от 20,9x106 до 32,3x106 пыльцевых зерен на дерево для сосны приморской и ее анемофильную природу, она обычно не считается важным аллергеном. Приводятся различные причины ее низкой аллергенности: большой размер пыльцевых зерен, что препятствует ее проникновению в дыхательные пути [14, 15].

Таблица 3

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ПАЛИНОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Pinaceae

Признак	Ель (Picea)	Сосна (Pinus)	Пихта (Abies)	Лиственница (Larix)
Воздушные мешки	Два (бисаккатное зерно)	Два (бисаккатное зерно)	Два (бисаккатное зерно)	Отсутствуют (аэлетное зерно)
Размер ПЗ	120–130 мкм	120–130 мкм	90–120 мкм	70–100 мкм
Угол прикрепления	Почти развернутый (180°)	Прямой (90°)	Острый (< 90°)	Н/Д
Утолщение щита	Равномерное	Равномерное	Неравномерное, очень толстое	Н/Д

В источниках литературы сообщается о воздействии изменения климата (температуры) и загрязнения окружающей среды на колебания концентрации пыльцы сосновых, что проявлялось в деградации пыльцевых зерен и появлении поврежденных и неопределенных биологических частиц [15].

Изменчивость пыльцы сосны (как морфологических признаков, так и ее жизнеспособности/химического состава) зависит от целого ряда факторов, которые можно разделить на несколько основных блоков: погодно-климатические, техногенные, эффект «раздражителя» и синдром «пыльцевого зерна-носителя» (Рисунок 4).

Изменчивость пыльцы,' низкая фертильность и жизнеспособность

Рост полиморфизма пыльцевых аллергенов: тератоморфы, деформированные, разрушенные

ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА

Урбанизированная среда: больший стресс, низкая жизнеспособность пыльцы по

Адсорбция и транспорт более мелких аллергенов другой пыльцы и __спор_грибов

Рисунок 4. Схема воздействия изменения климата и загрязнения среды обитания человека на пыльцу Pinus sp.

Основные факторы, влияющие на изменчивость пыльцы сосны. Погодно-климатические условия: воздействуют в период формирования, созревания и рассеивания пыльцы. Температура: критический фактор, влияющий на развитие и жизнеспособность пыльцы (способность к прорастанию) и концентрацию, особенно важен в связи с изменением климата. Влажность и осадки: влияют на выживаемость пыльцевых зерен. Дождь во время опыления может вымывать пыльцу из атмосферы и негативно воздействовать на процесс опыления и качества пыльцы, и её концентрацию. Солнечная радиация (включая УФ-В): влияет на морфологию пыльцы (например, толщину стенок) и накопление УФ-абсорбирующих соединений внутри зерна. Ветер: его скорость и направление влияют на дальность переноса и, как следствие, на потенциальное генетическое разнообразие (приток пыльцы из других популяций). Условия окружающей среды с высоким уровнем антропогенного воздействия вызывают значительные изменения в качестве и характеристиках пыльцы. Загрязнение воздуха: тяжелые металлы, диоксид серы, озон, оксиды азота и другие, особенно в городских или промышленно развитых районах, снижают фертильность (жизнеспособность) пыльцы, вызывают морфологические аномалии и цитогенетические изменения.

Пыльца как биоиндикатор антропоценозов. Содержание тератоморфной пыльцы Pinus. sylvestris в пробах города Апатиты очень высокое (80,4–90,4%). Это свидетельствуют о высоком уровне загрязнения окружающей среды. Среди идентифицированных 23 типов чаще всего встречаются пыльцевые зерна нормальных, карликовых и гигантских размеров с различными аномалиями воздушных мешочков [17].

Аналогичное исследование продемонстрировало в городах Мурманске, Манчигорске — 11 типов тератоморфов пыльцы: без протопласта (неокрашенная, стерильная), с плазмолизированным протопластом (неравномерно окрашенная), без мешочков, с редуцированными мешочками, с одним мешочком, с двумя разнородными мешочками, гипертрофированная с тремя мешочками, с разрывом экзины, карликовая, гигантская и карликовая с выростами. Пыльца Pinus sylvestris может быть использована в качестве биомонитора для выявления фитотоксического и мутагенного действия загрязнителей [18, 19].

Урбанизированная среда: деревья, растущие в черте города, подвергаются большему стрессу, что выражается в более низкой жизнеспособности пыльцы по сравнению с экологически чистыми территориями.При оценке жизнеспособности в наших исследованиях почти вся пыльца окрашивалась (92,6%), что говорит о высоком ее качестве.

«Эффект раздражителя» и перекрестная реакция. Механическое и химическое раздражение: пыльцевые зерна сосны крупные и тяжелые, но они могут механически раздражать слизистые оболочки носа и глаз, особенно у людей с поллинозом или бронхиальной астмой). Сама пыльца может переносить на своей поверхности загрязняющие вещества. Перекрестная аллергия: у многих больных с аллергией на пыльцу березы (которая очень распространена и высокоаллергенна) возникает перекрестная реакция на пыльцу других растений, например сосны.

Синдром «пыльцевого зерна-носителя». Также как пыльца полыни, пыльца сосны может быть «такси» (транспортом) для более мелких и высокоаллергенных частиц на свою липкую поверхность экзины может адсорбировать аллергены из пыльцы других растений (например, злаков, цветущих в тот же период), а также споры плесневых грибов (Alternaria, Cladosporium), концентрация которых также растет в теплый сезон. Может переносить на себе частицы атмосферных загрязнений (дизельные выхлопы, продукты сгорания, тяжелые металлы). Эти загрязнители сами по себе раздражают слизистые, а также могут модифицировать структуру белков пыльцы, делая их более агрессивными для иммунной системы.

Выводы

Пыльцу Pinus следует рассматривать как потенциально аллергенную, особенно в местах её обильной концентрации, в связи с широким распространением видов. Выявление большого числа пациентов с моносенсибилизацией к пыльце сосны и перекрестной поливалентной реактивностью с другой пыльцой (хвойные, полынь, амброзия, злаки) позволяет проводить специфическую диагностику (Аллерген t16 — сосна белая, IgE, ИФА) и лечения таких пациентов с помощью специфической иммунотерапии.

Исходя из полученных результатов аэробиологических исследований в г. Каракол, следуют выводы:

• 1.    Пыльца Pinus преобладала среди всех Pinaceae и циркулировала в воздухе г. Каракол все три сезоны исследования и составляла от 108 до 130 дней.

• 2.    Подекадная кривая концентрации пыльцы сосны носит преимущественно унимодальный характер, за исключением данных 2016. Её максимальные суточные концентрации зафиксированы в мае-июне (3598 п. з./см3).

• 3.    При этом наблюдалась сильная межгодовая изменчивость атмосферной концентрации пыльцы Pinus, зависимая от метеорологических параметров, особенно от температуры и осадков, а также от и пыльцевой продукции. Самый высокий годовой уровень пыльцы Pinus был достигнут в 2016 году (16002 п. з./см3), а самый низкий - в экстремально жаркий 2015 год (1220 п. з./см3), так как высокие температуры мая в 30,1ºС негативно повлияли на пыльцепродукцию Pinus (3,8% от всей пыльцы за три вегетационных сезона).

• 4.    На концентрацию и структуру пыльцы Pinaceae в воздухе влияют антропогенные факторы: изменения климата (температуры) и загрязнения окружающей среды, что проявлялось в деградации пыльцевых зерен и появления поврежденных и неопределенных биочастиц.