Свободное железо в эритроцитах у детей с бронхолёгочной патологией, взаимосвязь с ионами магния, меди, цинка и функцией внешнего дыхания

Известно, что микроэлементы (МЭ) участвуют в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития, во все периоды жизни. При этом как их избыток, так и недостаток в ряде случаев сопровождается определёнными морфофункциональными изменениями отдельных систем и органов. Не подлежит сомнению, что любой патологический процесс сопровождается теми или иными изменениями обмена и содержания многих элементов, в том числе довольно значительными необходим клеточно - молекулярный анализ нарушений, вызванных избытком или недостатком МЭ. Токсичность МЭ может быть связана с врождённой или приобретённой неполноценностью физиологических аппаратов обезвреживания или спе- цифической элиминации токсического начала. Существуют полимикроэлементозы, в этиологии которых существенную роль играют несколько МЭ или их дисбаланс с некоторыми МЭ [1].

В проведённых нами ранее исследованиях не было выявлено значительных различий в содержании свободного железа Эр у больных с бронхолёгочной патологией (БП) в зависимости от нозологии заболевания, однако выявлялись значительные колебания содержания данного иона неясного генеза, в группах больных муковисцидозом (МВ), различными врождёнными пороками развития бронхолёгочной системы, бронхиальной астмой (БА).

Цель исследования: изучить взаимосвязь уровня внутриклеточных ионов железа, магния, цинка и меди с показателями функции внешнего дыхания (ФВД) и тяжестью патологического процесса.

Материал и методы.

Обследовано 230 больных от 1 года до 17 лет с бронхолёгочной патологией (БП): врождёнными пороками развития бронхов и лёгких (50%), муковисцидозом (МВ) (32,2%), хроническим необструктивным бронхитом (7,5%), бронхиальной астмой (БА) (5,3%), альвеолитами (5%). От пациентов и их родителей было получено информированное согласие на проведение исследований. Среднее содержание гемоглобина в эритроцитах больных всех групп было в пределах нормы. Референтную группу составили 55 условно здоровых детей и подростков без какой-либо БП того же возраста. Кровь забирали в пробирки с литиевым гепарином, плазму отделяли центрифугированием 15 минут при 1200g, осадок эритроцитов трижды промывали охлаждённым физиологическим раствором. После промывки 0,5 мл перемешанного осадка эритроцитов лизировали в 2 мл деионизированной воды, хранили до определения при –18 оС. После размораживания лизата гемоглобин и белки удаляли 50% ТХУ, добавляя её до конечной концентрации 5%, образец центрифугировали 30 минут при 9000g. В супернатанте исследовался уровень свободных (не связанных с белками) железа (Fe in), магния (Mg in), меди (Cu in) и цинка (Zn in). Содержание железа и магния в плазме и эритроцитах определяли на автоматическом анализаторе Synchron 5Δ фирмы Beckman-Coulter (США). Уровень меди и цинка исследовали спектрофотометрически с помощью стандартных наборов фирмы «Sentinel» на спектрофотометре DU-530 фирмы Beckman Coulter (США). Исследование ФВД проводили на приборе Мастерскрин ИОС (фирмы Eger Германия). Записывали минимум 3 кривые поток-объём форсированного выдоха ЖЕЛ. Показатели выражали в процентах от должного значения. Газы крови и кислотно-щелочной статус определяли в капиллярной крови из мочки уха на приборе ABL-520 (фирмы Radiometr, Дания).

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программы Statistica. Различия между группами считали статистически значимыми при вероятности прогноза (р<0,05). Коэффициент корреляции определяли по Пирсону.

Результаты и обсуждение.

По содержанию Fe in больные были разделены на четыре группы – с условно нормальным величинами

(значения близки к референтной группе) – 106 больных (1 группа), умеренно повышенным (2 группа) – 62, значительно повышенным (3 группа) – 46 пациентов; и сниженным уровнем Fe in (4 группа) – 16 человек. Группы подбирались равными, если в 1 группе больных с МВ было 25%, то и в остальных группах – столько же. Как видно из табл. 1, содержание общего железа в плазме крови больных 1, 2 и 4 групп было ниже, чем в референтной группе, но не выходило за пределы возрастных норм. Уровень Fe in в клетках отражал, по направленности, содержание общего железа в плазме крови. Изменения уровня свободных внутриклеточных ионов были сходными по направленности во всех группах. У больных 1 группы содержание Mg in было несколько выше, у больных 2 и 3 групп – значительно выше, а в 4 группе ниже, чем в референтной группе. Разницы в колебаниях уровня Mg in по группам были статистически значимыми. Колебания Mg in отражали таковые Fe in, выявлены корреляционные связи между количеством Fe in и Mg in у больных 1 группы (r=+0,63). Во 2-й группе больных были выявлены корреляционные связи между уровнем Mg in и Fe in (r=+0,42). В 3 и 4 группах корреляционные связи между Fe in и Mg in были менее выраженными, чем в 1 группе – (r=+0,43 и r=+0,37 соответственно). В референтной группе этот показатель достигал r=+0,55. Сходные по направленности отклонения, выявленные для Mg in и Fe in, отмечены и для активности ГП и уровня Cu in и Zn in. Активность ГП была максимальной у больных 3 группы и минимальной – в 4 группе. У всех больных с увеличенным уровнем Fe in активность данного фермента была повышена по сравнению с референтной группой. Только в 1 группе выявлена умеренная корреляция между уровнем Fe in и активностью ГП (r= -0,36). В 1 и 3 группах существовала взаимосвязь между содержанием Mg in и Zn в клетках (r=+0,54) и (r=+0,81) соответственно. В 3й группе отмечено наличие корреляционных связей между: Fe in и Zn in (r=+0,39); Cu in и активностью ГП (r=+0,4). В референтной группе активность ГП коррелировала с уровнем Zn in (r=+0,55) и Cu in (r=-0,46), в то время как содержание Fe in коррелировало с уровнем Zn in (r=+0,48) и Cu in (r=-0,42).

Изменения в уровне Fe in в клетках сопровождались определёнными сдвигами в ФВД. В 1 группе отмечены наиболее выраженные нарушения ФВД, характеризующиеся генерализованными обструктивными нарушениями бронхиальной проходимости на фоне сниженной форсированной жизненной емкости лёгких (ФЖЕЛ). Это приводило к бόльшему снижению РаО2, хотя гипоксемия имела место во всех представленных группах. Содержание Mg in у больных 1 группы умеренно, отрицательно коррелировало с такими показателями ФВД как ФЖЕЛ (r=-0,38) и МОС75 (r=-0,4). В остальных группах средние значения показателей ФВД указывали на нарушение проходимости в периферических бронхах, наиболее сниженные показатели отмечены во 2 и 4 группах (снижены МОС50 и МОС75), тогда как о таких изменениях в 3 группе свидетельствовало некоторое снижение МОС50. Средние значения рН крови не были изменены, однако дефицит оснований имелся во всех группах. Элиминация углекислоты была удовлетворительной во всех группах, однако гиперкапния чаще имела место у детей 4 группы. Только 2й группе выявлены корреляционные связи между содержанием общего железа в плазме крови и показателями ФВД: ФЖЕЛ – (r=+0,43); ОФВ – (r=+0,51); МОС25 – (r=+0,57); МОС50 – (r=+0,5) и МОС75 – (r=+0,5). При значительном увеличении Fe in в клетке (3 группа) показатели ФВД положительно коррелировали с Cu in/МОС50 (r=+0,42), Zn in/МОС50 (r=+0,43); Zn in/МОС75 (r=+0,47).

Почти у всех больных с БП отмечено снижение АОС плазмы крови по сравнению с условной нормой; исключение составили больные 3 группы с выраженным повышением уровня Fe in. АОС у них был на уровне референтной группы. Самые низкие показатели АОС были выявлены у пациентов 1 и 4 групп, со сниженным уровнем Zn in. Содержание Fe in у больных 1 группы было выше, а АОС – ниже, чем в референтной группе, Только в референтной группе выявлены корреляционные связи между содержанием ионов Fe in, Mg in и АОС (r=-0,45 и r=+0,48 соответственно).

Оценка тяжести заболевания проводилась по критериям: наличие/отсутствие: эмфиземы, гипоплазии лёгочной ткани, фиброза, пневмосклероза, наличия в анамнезе оперативных вмешательств на лёгких (удаление части его), инфицирования микобактериями туберкулёза, присутствие синдрома слабости соединительной ткани (СССТ), остеопении. Существование любого из критериев оценивалось, как 1 балл, отсутствие – ноль. Средний балл в 1 группе составил 1,57; во 2-й – 1,33; в 3-й – 2,00; в 4-й – 2,03. Самые высокие баллы и присутствие бόльшего числа нарушений функции лёгких отмечены у детей с низким уровнем внутриклеточного свободного железа. Лёгочная артериальная гипертензия выявлялась чаще у больных 2 группы, при этом средние показатели величины лёгоч- ного давления по группам почти не отличались и составили: 0,30±0,01, 0,29±0,01, 0,30±0,01, 0,31±0,02 (1-4 группы соответственно). У пациентов 3 группы помимо основного заболевания чаще диагностировались СССТ, остеопения, БА и атопический дерматит. Наибольшее число случаев хронического лёгочного сердца приходилось на 4 группу больных с низким уровнем Fe in 37,5% и ещё у 18,8% выявлялось формирование лёгочного сердца. 25% больных этой группы были инфицированы микобактериями туберкулёза, получали соответствующую терапию, но реакция Манту оставалась положительной. За время написания статьи умерли 2 больных из 4 группы.

Полагают, что гипераккумуляция железа связана с ингибированием клеточного цикла, нарушением функции ДНК, изменением активности Н+-АТФазы и повышением окислительного стресса [2=3, 3=4], это согласуется с нашими данным о параллельных изменениях в уровне Fe in, содержании МДА у больных 3 группы и подтверждается данными о повышении уровня железа и МДА у детей с БА [4=5]. Во время астматической атаки количество ·ОН ионов может удваиваться. Одновременно увеличивается выделение свободных ионов железа и меди из мест запасания, что приводит к повышенной продукции СР и повышает риск атаки БА [5=6]. Известно, что обмен МЭ значительно меняется при наличии патологии. При анафилактической реакции в крови повышено содержание меди (состояние средней тяжести), при повышении уровня железа – состояние утяжеляется [6=7]. Это согласуется с полученными нами данными об одновременном повышении содержания внутриклеточных железа, меди, МДА и увеличении количества детей с БА и атопическим дерматитом среди больных 3 группы.

Таблица 1

Изменение уровня ионов Mg in, Cu in, Zn in, активности ГП в эритроцитах и антиоксидантный статус плазмы в зависимости от содержания внутриклеточного железа

Нами не установлено заметных различий между группами больных в наличии такой сопутствующей патологии, как хроническая панкреатическая недостаточность, хронические гепатиты неинфекционного происхождения, хотя известно, что воспалительные, дистрофические изменения желудочно-кишечного тракта сопровождаются нарушением всасывания микроэлементов. Следует отметить, что количество больных с МВ во всех группах было примерно одинаковым. Было показано, что при дефиците железа возникает гипоксия, ведущая к сдвигам кислотно-щелочного равновесия в сторону респираторного алкалоза и метаболического ацидоза, повышенной генерации активных форм кислорода, подавлению всех компонентов системы антиоксидантной защиты и к интенсификации ПОЛ [7=1, 8=9]. Это согласуется с нашими данными о снижении активности ГП и уменьшении АОС у больных 4й группы. У больных со сниженным уровнем Fe in выявлены тесные корреляционные связи этого иона с Zn in (r=+0,57), обнаружена взаимосвязь между содержанием других свободных ионов: Mg in/Cu in (r=+0,5); Mg in/Zn in (r=+0,67) Zn in/Cu in (r=+0,54). Активность ГП отрицательно коррелировала с внутриклеточным содержанием свободных Zn in (r=-0,76) и Cu in (r=-0,5). Железо – компонент цитохромов, поэтому железодефицит обусловливает поражение наиболее чувствительной к кислородному голоданию эпителиальной ткани [6=7]. У детей при этом обнаруживаются признаки нарушения кишечного всасывания жиров, ксилозы и ряда других субстратов. Комбинированная терапия с включением антиоксиданта β-каротина с препаратами железа приводит к достоверному улучшению клинической картины, по сравнению с больными, не получавшими антиоксданта [9=11]. Содержание МДА в эритроцитах больных 1-3 групп было достоверно выше по сравнению с 4 и 5 группами (табл. 1). При внутриклеточном дефиците железа нами не выявлено значительной активации процессов ПОЛ, в отличие от 1-3 групп, хотя уровень МДА в 4 группе был выше, чем в референтной группе. Уровень МДА 4 группе – положительно коррелировал с с активностью ГП (r=+0,45).

Существуют данные, что у больных с МВ (в нашем исследовании их было 69 человек, по группам они распределялись равномерно) отмечается дисбаланс между оксидантами и антиоксидантами, причины которого различны [10=12]. С одной стороны, вследствие дисфункции желудочно-кишечного тракта в организм больного поступает недостаточное количество таких важных антиоксидантов, как витамин Е и кара-тиноиды, с другой стороны, хронический воспалительный процесс инфекционной этиологии в респираторной системе приводит к стимуляции синтеза макрофагами свободных радикалов, которые обладают повреждающим действием [10=12, 11=13]. Хроническая гипоксия также влияет на циркуляцию свободных радикалов в сыворотке крови, их фиксацию в тканях. Концентрация антиоксидантов в сыворотке крови и клетках тканей с возрастом у больных МВ снижается и коррелирует с тяжестью заболевания [12=14]. Свободное железо является катализатором реакций, приводящих к образованию активных форм кислорода

(АФК) и таким образом может способствовать развитию воспалительных процессов, замыкая порочный круг [6=7].

Ю.П. Орлов и В.Т. Долгих (2007) показали, что некоторые антибиотики и анестетики обладают проок-сидантной активностью [7=1]. Другими авторами на примере взрослых больных с МВ показано, что после внутривенного введения антибиотиков снижается уровень МДА и повышается – аскорбиновой кислоты, α-токоферола. Одновременно снижается содержание гидроперекисей липидов. Не наблюдалось изменения окисленности белков плазмы, снижалось только окисление липидов [11=13]. Полагают, что использование только антиоксидантов мало перспективно, так как указанные препараты не могут нейтрализовать основное звено свободно-радикальных реакций – Fe2+ [7=1].

Заключение и выводы: Установлено, что при БП изменение уровня Fe в плазме крови сопровождается сходными, но более выраженными колебаниями в уровне Fe in. Наибольшее число сопутствующих патологий, утяжеляющих течение основного заболевания, приходилось на группу со значительным снижением уровня Fe in. Выраженное повышение Fe in. было характерно для больных с СССТ, часто сопровождающейся пролапсом митрального клапана, остеопенией, нарушением минерального обмена при БП. Как значительное повышение уровня Fe in, так и его выраженное снижение были неблагоприятными факторами течения основного заболевания. Умеренное повышение содержания Fe in в клетке скорее можно отнести к компенсаторным реакциям организма: так у больных 2й группы выявлено меньше пациентов с бронхиальной астмой и атопическим дерматитом, перенесших операцию на лёгких. Наличие дыхательной недостаточности, сопровождающейся сниженным уровнем Fe in, более низким уровнем антиоксидантной защиты и активности ГП может быть одним из проявлений наступающей декомпенсации у больных. Обнаружена взаимосвязь между содержанием Fe in и показателями ФВД у больных с БП при умеренном повышении содержания свободного железа в эритроцитах (2 группа). Избыток в клетках железа, не связанного с белками, может свидетельствовать о нарушении в работе дыхательных и окислительно-восстановительных ферментов при данной патологии [2=3]. Вероятно, что больные с токсически высоким уровнем Fe in нуждаются в назначении курса комплексонов, дети 4 группы – препаратов железа, возможно, вместе с хелаторами металла, для улучшения его биодоступности, и те и другие – добавочных курсов антиоксидантов к общепринятой терапии.