The mathematical modeling of interleukins for rational diagnostic of acute salpingo-oophoritis

Full Text

С альпингоофорит относится к числу самых частых локализаций воспалительных заболеваний органов малого таза (ВЗОМТ) у женщин [1-5]. Значение проблемы острого сальпингоофорита (ОСО) в современных условиях определяется прогрессирующей частотой, возможностью передачи инфекции плоду и тенденцией к развитию в молодом возрасте [6, 7]. Сальпингоофорит в структуре гинекологической патологии составляет 64,4% [8]. Первостепенная роль в развитии ОСО принадлежит иммунологическим расстройствам с дисбалансом цито- кинов на системном уровне [9, 10]. При этом актуальной задачей считаются раннее выявление указанных иммунологических нарушений и диагностика ОСО. Однако диагностическая значимость отдельных ИЛ (ИЛ) различна, а исследование полного спектра даже при поступлении и после завершения лечения сопряжено с существенными экономическими затратами [11, 12]. Следовательно, минимизация числа определяемых ИЛ при обследовании больных ОСО путем изучения их информативности комплексом математических методов и компьютерного моделирования является приоритетным направлением в совершенствовании диагностики ОСО по концентрации цитокинов [13]. Цель настоящего исследования - изучение диагностической значимости и математическое моделирование ИЛ периферической крови для рационализации диагностики ОСО. В клинических условиях было обследовано 65 пациенток с ОСО, контрольную группу составили 32 здоровые женщины. Сравниваемые группы сопоставимы по возрасту (28,5±2,8 и 27,2±2,1 года соответственно). Всем пациенткам, включенным в исследование, проводилось клиническое, гинекологическое и иммунологическое обследование. Содержание цитокинов в цельной крови определяли с помощью набора реактивов реагентов (ООО "Цитокин", Санкт-Петербург) методом твердофазного иммунофер- ментного анализа. В дальнейшем результаты исследования ИЛ подвергались статистической обработке с определением среднеарифметических значений, их ошибок, параметров сдвига, дезинтеграции, коэффициентов корреляции, информативности. Информативность Кульбака рассчитывалась по методике Е.В. Гублера [14]. Учитывая, что диагностика сальпингоофорита предусматривает проведение нескольких параллельных исследований, выполнялось математическое моделирование на основе сетевых моделей Петри и дискриминантного анализа. Определяя с диагностической целью провоспали- тельные и противовоспалительные ИЛ на системном уровне, выявили существенные изменения в их содержании при развитии ОСО (табл. 1). Между указанными выше группами ИЛ наблюдался значительный дисбаланс, выражающийся в достоверном повышении большинства провоспалительных цитокинов и снижении уровня противовоспалительных ИЛ. Среди провоспа- лительных ИЛ наибольшие изменения касаются ИЛ-2, уровень которого в крови у пациенток с изучаемой патологией репрезентативно увеличился многократно. Практически в 9 раз повысился уровень ИЛ-8, что подчеркивает, наряду с изменением содержания ИЛ-2, важное диагностическое значение. Следует также отметить существенное возрастание уровня ИЛ-1Р, ИЛ-6, ИЛ-а. Отсутствие достоверных изменений в группе провоспа- лительных ИЛ отмечено только для ИФН-у. В отличие от провоспалительных цитокинов уровень противовоспалительных ИЛ у пациенток основной группы репрезентативно понизился. Максимально снизилось содержание в крови ИЛ-4. В плазме крови больных хроническим сальпинго- офоритом (ХСО) наблюдается достоверное повышение уровня ИЛ-1Р, ИЛ-6, ИЛ-8 [10]. При хронических ВЗОМТ выявлено достоверное увеличение в крови содержания ИЛ-1Р до 1053,41±1,14 пг/мл, ФНОа - до 1250,0 ± 4,7 пг/мл, ИФН-у - до 122,37 ± 0,91 пг/мл [15]. У больных ХСО при исследовании содержания цитоки- нов, С3-, С4-компонентов комплемента и ФНОа в крови не установлено отличий от соответствующих показателей контрольной группы [16, 17]. Уровень ИЛ-4 остался без изменений, а содержание ИЛ-8 оказалось сниженным по сравнению с таковым в контрольной группе. При поступлении в клинику у больных ХСО в плазме крови повышены концентрации практически всех цитокинов, обладающих противовоспалительной активностью: ФНОа, ИЛ-1Р, ИЛ-6 и ИЛ-8 при снижении уровня противовоспалительного ИЛ-4 [9]. В числовом выражении указанные ранее сдвиги отразились в величинах сдвига и дезинтеграции, которые имеют крайне высокие значения для ИЛ-2 (табл. 2). Прежде всего, это относится к показателю сдвига, составившего 58600% и определившего в значительной степени суммарную величину сдвига у пациенток вследствие возникновения ОСО. Установлен также высокий показатель сдвига для ИЛ-8 и ИФН-а. Все названные сдвиги имеют положительную величину и характерны для про- воспалительных ИЛ. Напротив, в группе противовоспалительных цитокинов у больных с ОСО наблюдались Таблица 1 Содержание ИЛ (в пг/мл) в периферической крови у пациенток с ОСО и здоровых женщин Интерлейкин Пациенты с ОСО Контроль Р ИЛ-10 18,6±1,33 7,2±0,35 < 0,001 ИЛ-2 58,7±2,67 0,1±0,02 < 0,001 ИЛ-6 186,4±4,52 64,6±2,87 < 0,001 ИЛ-8 45,7±3,18 5,1±1,46 < 0,001 TNF-a 12,6±0,64 5,4±0,75 < 0,001 ИФН-a 31,3±1,42 9,8±0,82 < 0,001 ИФН-у 20,9±1,31 18,7±0,75 > 0,05 ИЛ-4 0,9±0,02 4,2±0,05 < 0,001 ИЛ-10 5,6±0,4 18,5±1,2 < 0,001 ИЛ-18 84,7±6,3 274,8±9,8 < 0,001 Таблица 2 Показатели сдвига и дезинтеграции содержания цитокинов на системном уровне в основной группе Интерлейкин Показатель сдвига, % Показатель дезинтеграции ИЛ-16 + 158,3 4,5 ИЛ-2 +58 600,0 84,2 ИЛ-6 + 188,5 8,3 ИЛ-8 +796,1 33,0 TNF-a +133,3 5,4 ИФН-а +219,4 24,3 ИФН-у +11,8 3,9 ИЛ-4 -78,6 6,4 ИЛ-10 -69,7 7,2 ИЛ-18 -69,2 18,9 Сумма 60324,9 196,1 1 Рис. 1. Цитокиновый дисбаланс (в %) на системном уровне у пациенток с ОСО (2) и в контроле (1). отрицательные значения приблизительно одинаковой величины, не превышающие 100%. ИЛ-10 и ИЛ-4 имеют прямую достоверную корреляцию. ИЛ-18 связан с провоспалительными цитокинами (ИЛ- 1Р, ИЛ-2) обратной достоверной зависимостью. Последний в свою очередь имеет положительную связь с ИЛ-8 и ИФН-а. Общее количество репрезентативных корреляций при ОСО возрастает до 13 связей против 5 связей в контроле. По две корреляционные связи у здоровых женщин свойственны ИЛ-2 и ИЛ-8. Положительные зависимости установлены для ИЛ-1Р и ИЛ-8, ИЛ-2 и ИФН-а, ИФН-а и ИФН-у. При хронических ВЗОМТ отмечена взаимосвязь между содержанием ИФН-у и ИЛ-2 в периферической крови (коэффициент корреляции +0,72) [18]. При рецидивах наружного генитального эндометриоза в периферической крови установлена взаимосвязь между ИФН-у и ФНОа с коэффициентом корреляции r = +0,95, ИФН-у и ИЛ-2 с r = +0,84, ИЛ-10 и ИЛ-4 с r = +0,86, ИЛ-10 и ИЛ-6 с r = +0,83. Кроме ИЛ-2, на системном уровне высокая внутрисистемная дезинтеграция отмечена для ИЛ-8. Для других провоспалительных и противовоспалительных цитокинов колебание параметра дезинтеграции в основной группе имело значительный размах. Очень высокая стабильность установлена для провоспалительных интерлейкинов - ИЛ-1Р и ИФН-у. В отличие от ранее рассмотренных диагностических критериев ОСО большинство показателей цитокино- вого профиля в крови выходят за границы таковых в контрольной группе. Специфика построенной модели заключается также в том, что она представлена преимущественно значительными величинами сдвигов. Сказанное в определяющей мере относится к процентному изменению содержания провоспалительных ИЛ, среди которых с огромным сдвигом выделяется ИЛ-2. Многократное превышение параметров здоровых женщин отмечено и для ИЛ-8. Другие провоспалительные ИЛ (ИЛ-ip, ИЛ-6, ФНОа, ИФН-а) на системном уровне также существенно выходят за 100% величину контрольной группы, что необходимо учитывать при диагностике искомой патологии. Существенно сниженным по сравнению с контролем оказалось содержание противовоспалительных цитокинов и особенно ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-18, причем в равной степени. В целом модель сдвигов ИЛ убедительно демонстрирует выраженный дисбаланс в системе цитокинов крови при развитии ОСО (рис. 1). Взаимоотношения ИЛ в периферической крови существенно меняются вследствие воспалительного процесса в придатках матки (рис. 2) и могут использоваться в качестве одного из направлений рационализации диагностического процесса данной патологии. Сопряженность цитоки- нов на системном уровне у больных наиболее выражена между противовоспалительным ИЛ-10, провоспа- лительными ИЛ (ИЛ-2, ИЛ-6, ФНОа, Прямое значимое соотношение ............................. Криволинейная зависимость Рис. 2. Внутрисистемные связи между ИЛ периферической крови в основной (1) и контрольной (2) группах. Обратное соотношение ИФН-а) и ИЛ-4. При этом соотношение между провоспалительными и противовоспалительными цитокина- ми преимущественно обратное, кроме ИФН-а. Противовоспалительные Рис. 3. Сетевая модель рациональной диагностики (ОСО) по ведущим ИЛ периферической крови. b0 - начало диагностического процесса ОСО; b1 - определение ИЛ-2 в кр ови; b - определение ИЛ-8 в периферической крови; b3 - определение ИЛ-18 в крови; b4 - определение ИФН-а в крови; b5 - постановка диагноза ОСО. Т аблица 3 Показатели распространенности и информативности сдвигов содержания цитокинов в периферической крови у больных с ОСО Интерлейкин Распространенность, % Информативность основная группа контрольная группа ИЛ-1Р >15 пг/мл 38,1±4,23 0,7±0,77 324,6 ИЛ-2 > 45 пг/мл 93,6±2,13 0,2±0,41 1247,0 ИЛ-6 > 100 пг/мл 42,8±4,31 0,6±0,71 391,0 ИЛ-8 > 25 пг/мл 78,7±3,56 1,2±1,01 704,0 TNF-а > 8 пг/мл 33,5±4,11 0,4±0,58 318,3 ИФН-а > 15 пг/мл 56,7±4,31 0,8±0,82 517,2 ИФН-у > 20 пг/мл 12,6±2,89 0,5±0,65 84,8 ИЛ-4 > 2 пг/мл 35,4±4,16 0,3±0,51 363,6 ИЛ-10 > 8 пг/мл 38,7±4,24 0,2±0,41 440,2 ИЛ-18 > 100 пг/мл 57,9±4,30 0,4±0,58 621,2 Таблица 4 Коэффициенты классификационных функций для диагностически значимых ИЛ в периферической крови Интерлейкин Коэффициенты функций G_1:0 G_2:1 ИЛ-2, х26 -29,9 111,7 ИЛ-8, х27 139,4 387,1 ИЛ-18, х28 211,8 74,8 Constant -29 387,9 -15 233,8 Таблица 5 Расстояние Махаланобиса при классификации второго и первого классов по ведущим интерлейкинам периферической крови Код признака Observed G_1:0 G_2:1 1 G_1 0 0,16 44 386,65 2 G_1 0 1,18 43 847,39 3 G_1 0 5,36 43 366,09 4 G_1 0 1,33 44 464,00 5 G_1 0 2,18 44 648,55 6 G_1 0 2,88 44 877,25 7 G_1 0 3,32 43 833,80 8 G_1 0 0,05 44 315,25 9 G_1 0 0,01 44 254,75 10 G_1 0 0,20 44 312,15 11 G_2 1 44 735,04 1,95 12 G_2 1 44 123,95 3,19 13 G_2 1 43 911,74 8,67 14 G_2 1 45 179,64 12,64 15 G_2 1 44 066,69 3,64 16 G_2 1 44 031,19 0,85 17 G_2 1 44 145,73 1,23 18 G_2 1 44 119,43 3,44 19 G_2 1 43 977,81 0,71 20 G_2 1 44 035,30 1,00 Частота встречаемости отклонений содержания отдельных ИЛ в крови при ОСО достаточно высока (табл. 3). Так, практически у всех пациенток обнаружено повышение уровня ИЛ-2 более 45 пг/мл. Другой провос- палительный ИЛ - ИЛ-8 с уровнем свыше 25 пг/мл в периферической крови характеризуется высокой распространенностью. Аналогичная закономерность присуща ИФН-а с концентрацией свыше 15 пг/мл и противовоспалительному ИЛ-18 с уровнем менее 100 пг/мл. Более чем у трети пациенток основной группы отмечены изменения содержания ИЛ-1Р, ИЛ-6, ФНОа, ИЛ-4 и ИФН-10. Высокая частота выявленных отклонений отразилась на величинах показателя информативности. Она максимальна для провоспалительного ИЛ-2. Значительную информативность имеют также ИЛ-8, ИЛ-18. В целом информативность отклонений содержания ИЛ на системном уровне высока, за исключением ИФН-у. Из изученных ИЛ на системном уровне для разработки математических моделей использовали ИЛ-2, ИЛ-8 и ИЛ-18, содержание которых имеет высокую диагностическую значимость. В результате математической обработки данных показателей цитокинового профиля периферической крови посредством дискриминантного анализа определены значения классификационных функций (табл. 4). На основании полученных математических вычислений статистическая модель для больных с ОСО, включающая перечисленные выше ИЛ периферической крови, выражается уравнением: y22 = П1,7х26 + 387,1Х27 + 74,8Х28 - 15233,8, где х26 - концентрация ИЛ-2; х27 - концентрация ИЛ-8; х28 - концентрация ИЛ-18. Соответственно для здоровых женщин с данными переменными ИЛ математическая модель может быть представлена как y21 = -29,9Х26 + 139,4Х27 + 211,8Х28 - 29 387,9. Величины расстояния Махаланобиса показывают, что разработанные математические модели осуществляют классификацию сравниваемых классов с высокой точностью (табл. 5). Вероятность безошибочной классификации больных ОСО и здоровых женщин составляет 94,8%. Соответственно в 5,2% математические модели ошибочно классифицируют женщин второго и первого классов. На основании нейросетевого моделирования ИЛ в периферической крови у больных ОСО разработана модель рациональной диагностики ОСО (рис. 3). Она представлена узлами (b) и переходами (d). Таким образом, исследование диагностической значимости, информативности и компьютерное моделиров- наие диагностики ОСО позволило выделить ведущие ИЛ для постановки диагноза указанного заболевания: уровень ИЛ-2 выше 45 пг/мл, ИЛ-8 выше 25 пг/мл, ИЛ-18 ниже 100 пг/мл, повышение уровня ИФН-а более 15 пг/мл. Учет диагностической значимости позволяет определять только эти ИЛ и обеспечивает диагностику ОСО, что сокращает финансовые расходы больницы. Для выявления ОСО без математической оценки диагностической информативности ИЛ требуется определение 10 цитокинов крови. Второстепенными иммунологическими признаками ОСО являются повышение уровня ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-2, снижение содержания ИЛ-4, ИЛ-10 в периферической крови.

About the authors

Elena P. Afasnasiyeva

The Southern West state university of Minorbrnauka of Russia

Email: nvakinina@yandex.ru
MD, PhD, postgraduate of biomedical engineering faculty. 305040 Kursk, Russia

L. V Shumga

The Southern West state university of Minorbrnauka of Russia

Email: 20.12.1992@bk.ru
305040 Kursk, Russia

A. P Yakovlev

The Southern West state university of Minorbrnauka of Russia

Email: znamysng@mail.ru
305040 Kursk, Russia

A. V Ivanov

The Kursk state medical university of Minzdrav of Russia

Email: Nikiti4007@yandex.ru
305004 Kursk, Russia

References

Supplementary files