Predicting the development of complications in patients with rhinosinusitis by cytokine profile indicators

Full Text

Актуальность. Распространённость риносинусита (РС) в нашей стране и в мире растёт с каждым годом и составляет по данным литературы от 5 до 15% в популяции [1, 2]. Главную роль в патогенезе РС играет изменённая иммунологическая реактивность [3]. Вследствие этого от характера иммунных нарушений зависит не только клиническое течение, но и длительность заболевания, а также возможность осложнённого течения РС, в частности средним отитом (СО).

В структуре оториноларингологической патологии доля острых воспалительных заболеваний среднего уха составляет до 20% [4]. В основе патогенеза СО лежит классический ответ иммунной системы на повреждение инородными агентами (бактериями, вирусами), которые, попадая на слизистую оболочку полости носа, глотки, устья слуховой трубы, запускают каскад последовательных реакций [5].

В последние годы доказана главная роль цитокинов в определении характера течения патологического процесса и развитии реакций иммунологической защиты в ответ на внедрение патогенов и их участие в воспалительном процессе при РС и СО [6, 7].

При РС с длительным вялым течением происходит вовлечение в воспалительный процесс других околоносовых пазух. Так, выявлено, что в 15–25% случаев у больных РС были различные осложнения, включая острый СО, тубо­отит и др. При остром воспалительном процессе и частых обострениях хронического заболевания происходит быстрая генерализация процесса в результате снижения барьерной функции тканей и нарушений иммунной системы [8].

Однако, несмотря на существующие современные методы обследования и лечения, широкий арсенал современных антибактериальных препаратов, заболеваемость РС и СО и частота связанных с ними осложнений не только не снижается, а неуклонно растёт [9].

Цель настоящей работы — разработка способа прогнозирования развития осложнений у больных РС на основе изучения цитокинового профиля.

Материал и методы исследования. В исследование включены 110 пациентов c РС, которые были разделены на две группы: первую группу составили 65 больных с неосложнённым течением РС, вторую группу — 45 больных с осложнённым течением РС. В первую группу вошли пациенты в возрасте от 30 до 65 лет, 43 женщины и 22 мужчины. Средний возраст больных 42,75±2,25 года. Во вторую группу вошли больные в возрасте от 29 до 62 лет, 27 женщин и 18 мужчин. Средний возраст пациентов 39,7±2,3 года. В качестве контрольной группы были обследованы 30 здоровых человек (19 женщин и 11 мужчин) в возрасте от 27 до 65 лет (средний возраст 40,7±1,3 года), сопоставимых по полу и возрасту с группами больных.

Для подтверждения и апробации полученных в работе результатов дополнительно были обследованы 75 пациентов с РС.

Исследование проведено на базе оториноларингологического отделения Государственного бюджетного учреждения здравоохранения «Клиническая больница №6 им. Г.А. Захарьина» (г. Пенза) в период с 2019 по 2020 г. Иммунологические исследования выполнены на базе центральной научно-исследовательской лаборатории Пензенского института усовершенствования врачей. Всем больным диагноз РС устанавливали согласно новым европейским рекомендациям EPOS 2020. У больных с осложнённым течением РС развивался СО, который диагностировали на основании общероссийских клинических рекомендаций от 2016 г. ­Исследование выполнено с информированного согласия пациентов и одобрено локальным этическим комитетом Пензенского института усовершенствования врачей (протокол №85 от 20.02.2013).

Забор крови осуществляли у пациентов и здоровых людей натощак в объёме 5 мл из кубитальной вены в вакуумные пробирки Vacuette с активатором свёртывания крови. В изучаемых группах больных и контрольной группе в сыворотке крови иммуноферментным методом определяли уровни интерлейкинов (ИЛ): ИЛ-1β, ИЛ-8, ИЛ-17, ИЛ-18, ИЛ-4, ­ИЛ-10, а также интерферона γ (ЗАО «Вектор-Бест», Новосибирск). Для измерения концентрации цитокинов использовали иммуноферментный анализатор Stat Fax 3200 и выражали полученные величины в пикограммах на 1 мл (пг/мл).

Статистический анализ проводили с использованием прикладных программ Statistica 12.0 и Microsoft Excel 2013 (США). Полученные результаты выражали в виде медианы и интерквартильного размаха (Q_0,25–Q_0,75). Статистические различия между сравниваемыми группами оценивали с помощью U-критерия Манна–Уитни и констатировали их значимость при р <0,05. Многофакторный анализ включал корреляционный анализ и пошаговый регрессионный анализ. Статистическую значимость математической модели устанавливали при помощи F-критерия Фишера и констатировали при р <0,05.

Результаты и обсуждение. Полученные данные показателей цитокинового профиля у пациентов с осложнённым и неосложнённым течением РС и здоровых людей представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Анализ значений цитокинов в группах пациентов с осложнённым и неосложнённым течением риносинусита и здоровых людей

Значения	Группа пациентов с неосложнённым течением (n=65), Me [Q0,25–Q0,75]	Группа пациентов с осложнённым течением (n=45), Me [Q0,25–Q0,75]	Группа здоровых людей (n=30), Me [Q0,25–Q0,75]
ИЛ-1β, пг/мл	2,4 [0–3, 2]*	2,6 [0–3, 2]*	5,9 [3, 1–8, 3]
ИЛ-4, пг/мл	0,73 [0, 2–1, 7]*	1,2[0–1, 8]*	2,5 [1, 5–3, 7]
ИЛ-8, пг/мл	2,6 [0, 7–5, 9]**	7,6 [7, 0–8, 2]*	4,5 [3, 0–5, 9]
ИЛ-10, пг/мл	1,4 [0–4, 5]	2,7 [1, 0–3, 8]	2,2 [1, 5–2, 8]
ИЛ-17, пг/мл	0 [0–0, 8]**	2,1 [1, 8–2, 3]*	0,6 [0–1, 0]
ИЛ-18, пг/мл	309,2 [219, 0–399, 8]*,**	143,6 [121, 0–171, 2]*	98,1 [75, 0–112, 8]
Интерферон γ, пг/мл	0 [0–6, 1]	2,3 [0–7, 3]	4,3 [2, 7–5, 8]

Примечание: *статистически значимые различия пациентов с контрольной группой (р ˂0,05); **статистически значимые различия между группами больных с неосложнённым и осложнённым течением (р ˂0,05); ИЛ — интерлейкин.

 

При изучении показателей цитокинов в исследуемых группах были выявлены следующие различия: в первой и второй группах больных зарегистрировано снижение уровня ИЛ-1β по сравнению с группой контроля (р=0,00001 и р=0,00002 соответственно; U-критерий Манна–Уитни). Доказано, что иммунологическая роль ИЛ-1β заключается в запуске первых стадий иммунного ответа с вовлечением в процесс иммунокомпетентных клеток. При этом низкие концентрации ИЛ-1β нарушают процессы презентации антигена и не запускают иммунный ответ. Вследствие этого, недостаточный синтез ИЛ-1β способствует формированию затяжного и рецидивирующего течения гнойного РС [10, 11].

Кроме того, в обеих группах больных выявлен более низкий уровень ИЛ-4 по сравнению с группой контроля (р=0,045 и р=0,049 соответственно; U-критерий Манна–Уитни). Известно, что важнейшая функция ИЛ-4 — стимуляция дифференцировки активированных антигеном Т-лимфоцитов-хелперов CD4+ в направлении Th2 [12]. Кроме того, ИЛ-4 обладает способностью подавлять активацию Th1, синтез фактора некроза опухоли и интерферона γ и тем самым снижать их иммуностимулирующее действие [13].

Исследование уровня ИЛ-8 показало повышение значения данного показателя в группе больных с осложнённым течением РС по сравнению со значениями контрольной группы (р=0,023; U-критерий Манна–Уитни) и больными с неосложнённым течением (р=0,00001; U-критерий Манна–Уитни). Показано, что ИЛ-8 регулирует миграцию в ткани нейтрофильных гранулоцитов, которые первыми элиминируют патогенные микроорганизмы [13]. Есть данные, свидетельствующие о повышенном содержании ИЛ-8 в очаге воспаления при СО [14]. Кроме того, доказано, что повышенный синтез ИЛ-8 приводит к формированию хронического очага асептического воспаления при РС [15].

Изучение показателей ИЛ-17 выявило достоверное повышение его содержания в группе больных с осложнённым течением РС по сравнению с данными контрольной группы (р=0,00015; U-критерий Манна–Уитни) и группой больных без осложнённого течения (р=0,0001; U-критерий Манна–Уитни). Доказано, что ИЛ-17 — продукт субпопуляции Т-хелперов-17 (Th17), обладающий провоспалительной активностью, а его повышенное содержание свидетельствует о проявлении воспалительной активности у пациентов с оториноларингологической патологией [12, 16].

Исследование показателей ИЛ-18 выявило достоверное повышение его содержания в группе больных без осложнённого течения РС (р=0,00001; U-критерий Манна–Уитни) и в группе больных с осложнённым течением (р=0,0002; U-критерий Манна–Уитни) по сравнению с контрольной группой. При анализе ИЛ-18 в сравниваемых группах больных было установлено достоверное повышение данного показателя у больных с неосложнённым течением РС (р=0,00045; U-критерий Манна–Уитни). Доказано, что ИЛ-18 служит одним из ключевых провоспалительных цитокинов в формировании врождённого и адаптивного иммунного ответа. За счёт того, что ИЛ-18 стимулирует синтез интерферона γ, данный цитокин играет важную роль при гнойной оториноларингологической патологии [17, 18].

Таким образом, сравнительный анализ первой и второй групп больных показал повышенные уровни ИЛ-8, ИЛ-17 и сниженное содержание ИЛ-18 во второй группе, что свидетельствует о более тяжёлом и выраженном воспалительном процессе у данных пациентов.

Кроме того, проведённый корреляционный анализ выявил наличие сильной прямой достоверной связи между группами пациентов с осложнённым течением и без осложнённого течения РС и показателями ИЛ-17 (R=0,7231, p=0,0000), ИЛ-8 (R=0,7947, p=0,0000) и наличие обратной связи средней силы с показателем ИЛ-18 (R=–0,6070, p=0,0002). По этой причине в качестве иммунологических критериев осложнённого течения РС были взяты показатели ИЛ-8, ИЛ-17 и ИЛ-18, которые использованы в работе для прогнозирования развития осложнённого течения у больных РС.

Для точного и удобного прогнозирования при помощи пошагового регрессионного анализа была построена математическая модель, в которую были включены выявленные иммунологические критерии. Данная математическая модель имела такой вид:

y=0,000391×х₁+0,389649×x₂+0,000827×x₃+0,358001,

где у — наличие развития осложнённого течения у больных РС: 0 — без развития, 1 — с развитием, х₁ — ИЛ-8, х₂ — ИЛ-17, х₃ — ИЛ-18.

Оценку качества полученной математической модели прогноза развития осложнённого течения у пациентов с РС проводили по коэффициенту детерминации, который определял её информационную значимость, и по значению F-критерия и уровню значимости модели, которые определяли её статистическую значимость. В результате было выявлено, что полученная модель имеет высокую информационную значимость (коэффициент детерминации R₂=0,71800228) и статистическую ценность [F (3,26)=22,0664; p <0,0000].

Путём подстановки в указанную математическую формулу значений показателей ИЛ-8, ИЛ-17 и ИЛ-18 были получены критерии принадлежности больных РС к группе с развитием или без развития осложнённого течения. Так, при значении у от 0 до 0,49 прогнозировали отсутствие развития осложнённого течения у больных РС, а при значении y от 0,5 и выше — развитие осложнённого течения у больных РС.

Для подтверждения и апробации полученной математической формулы для прогнозирования осложнения в виде СО у больных РС был проведён анализ показателей ИЛ-8, ИЛ-17 и ИЛ-18 у 75 пациентов с РС, которые были участниками исследования, и обратившихся в оториноларингологическое отделение Государственного бюджетного учреждения здравоохранения «Клиническая больница №6 им. Г.А. Захарьина» (г. Пенза). По результатам анализа полученных математических расчётов из 75 пациентов с РС у 16 человек был спрогнозировано развитие СО. Дальнейшее наблюдение за данными пациентами показало, что у 15 из них развилось осложнение в виде СО, несмотря на получаемую стандартную терапию. Таким образом, по полученным данным правильный прогноз у пациентов был подтверждён в 96% случаев.

Таким образом, данную математическую модель можно рекомендовать для прогнозирования развития осложнений в виде СО у больных РС — как дополнительный лабораторный метод, что позволит персонализированно подходить к терапии пациентов. Назначение пациентам дополнительно к стандартной терапии иммунотерапии на основании полученных данных о содержании ИЛ-17, ИЛ-8 и ИЛ-18 будет способствовать повышению эффективности лечения, а также минимизировать риск развития осложнений у больных РС.

Выводы

1. У больных с осложнённым течением риносинусита по сравнению с группой контроля выявлены сниженные уровни интерлейкинов-1β, -4 и повышенное содержание интерлейкинов-8, -17 и -18, что свидетельствует о сдвиге баланса цитокинов в сторону провоспалительных цитокинов, за счёт чего развивается выраженный воспалительный процесс.

2. Критериями осложнённого течения риносинусита служат показатели интерлейкинов-8, -17 и -18.

3. Для персонализированной терапии пациентов разработан подход по показателям интерлейкинов-8, -17 и -18, на основании которого можно прогнозировать развитие осложнений у больных риносинуситом.

 

Участие авторов. Н.И.Б. отвечала за концепцию и дизайн исследования, проводила исследования, написание текста, обзор литературы; Л.А.А. проводила анализ полученных данных, написание текста, обзор литературы; А.В.Ф. отвечал за сбор и анализ результатов, участвовал в написании текста; Н.А.Ш. отвечала за сбор и анализ результатов, участвовала в написании текста; С.В.С. отвечал за сбор и анализ результатов.
Источник финансирования. Исследование выполнено при финансовой поддержке государственного задания «Персонализированная диагностика и лечение пациентов с хроническим риносинуситом, ассоциированных коморбидной патологией на основе молекулярно-генетических и иммунологических биомаркёров», номер регистрации АААА-А20-120031090059-8 от 10.03.2020.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

About the authors

N I Baranova

Penza Institute for Further Training of Physicians — Branch of the Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Email: pushino2008@yandex.ru
Russian Federation, Penza, Russia

L A Aschina

Penza Institute for Further Training of Physicians — Branch of the Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Author for correspondence.
Email: pushino2008@yandex.ru
Russian Federation, Penza, Russia

A V Fedin

Penza Institute for Further Training of Physicians — Branch of the Russian Medical Academy of Continuous Professional Education; Clinical Hospital No. 6 named after G.А. Zakharyin

Email: pushino2008@yandex.ru
Russian Federation, Penza, Russia; Penza, Russia

N A Shkurova

Penza Institute for Further Training of Physicians — Branch of the Russian Medical Academy of Continuous Professional Education; Clinical Hospital No. 6 named after G.А. Zakharyin

Email: pushino2008@yandex.ru
Russian Federation, Penza, Russia; Penza, Russia

S V Sergeev

Penza Institute for Further Training of Physicians — Branch of the Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Email: pushino2008@yandex.ru
Russian Federation, Penza, Russia

References

Supplementary files