Астма и нарушения слизеобразования в бронхиальном дереве

Солопов В.Н. Астма. Эволюция болезни

Глава 4. Нарушения экспекторации при астме

Первые сравнительные исследования величины Texp у лиц с астмой и бронхитом выявили интересную особенность: несмотря на статистически достоверно более выраженные нарушения функции внешнего дыхания у больных астмой, показатель Texp у них вдвое ниже, чем у лиц с хроническим бронхитом.

Таблица. Показатели ФВД и значения Texp у больных бронхиальной
астмой и хроническим бронхитом в обострении (X±m)

 

Величина Texp, ч
и показатели ФВД, %
Бонхиальная астма
(n=15)
Хронический бронхит
(n=15)
Достоверность
различия
Texp
ОФВ1
П25
П50
П75
41,5±3,4
46,6±3,6
32,9±3,7
26,8±5,8
13,2±2,8
85,2±10,2
64,8±5,7
54,2±6,2
47,3±8,9
37,9±8,9
p<0,01
p<0,05
p<0,05
p>0,05
p<0,05

 

Сравним те же показатели в периоде стихания обострения (наступления ремиссии) на фоне или после курса проведенного лечения в стационаре. Из представленных в таблице данных видно, что процесс бронхиального очищения у больных астмой нормализовался полностью, а у больных хроническим бронхитом выявляются нарушения экспекторации второй степени. И у тех, и у других показатели функции внешнего дыхания существенно возросли и по некоторым показателям, в частности ОФВ1, близки к должным значениям.
Почему же у больных хроническим бронхитом, имеющих даже декомпенсированные нарушения экспекторации, чрезвычайно редко развивается генерализованная обтурация бронхиальных ветвей слизистым содержимым, а у астматиков это наблюдается довольно часто, приводя их в реанимационное отделение?

Таблица. Показатели ФВД и значения Texp у больных бронхиальной астмой (БА)
и хроническим бронхитом (ХБ) при улучшении состояния (X±m)

 

Величина Texp, ч
и показатели ФВД, %
Бонхиальная астма
(n=15)
Хронический бронхит
(n=15)
Достоверность
различия
Texp
ОФВ1
П25
П50
П75
21,2±3,2
78,3±6,8
68,3±9,7
52,9±8,7
32,1±5,8
55,2±3,0
91,5±6,8
89,3±10,0
70,1±10,6
53,7±7,8
p<0,01
p<0,05
p<0,05
p>0,05
p<0,05

 

Еще в конце 80-х гг. мною в кандидатской диссертации были приведены данные о том, что отсутствие бронхорасширяющего ответа на беротек у больных астмой прямым образом связано с нарушениями экспекторации (Солопов В.Н. М., 1987).
Результаты этого исследования в общем виде можно сформулировать следующим образом: чем больше выражены нарушения экспекторации, тем ниже эффективность бронхорасширяющего ответа на бета-2-адреномиметики, в частности, на беротек. Эти и другие данные (см. ссылки из вышеупомянутой книги Э.М. Гершвина «Бронхиальная астма») убедительно доказывают надуманность и несостоятельность долгое время «царствующей» в астмологии теории блокады бронхорасширяющих бета-2-рецепторов.
Данные о связи бронхиального ответа на беротек со степенью нарушений экспекторации у больных астмой, приведенные в моей диссертации, можно представить в виде достаточно демонстративной диаграммы.

Рис. Относительная эффективность беротека у больных с минимальными (слева)
и выраженными (справа) нарушениями откашливания мокроты: а — эффективность беротека; б — степень нарушения экспекторации

Проанализируем данные измерения значений времени экспекторации при различных заболеваниях.

Таблица. Величина ОФВ1 и Texp при различных заболеваниях
и сравнении двух методов обследования (X±m)

 

Группы
обследуемых
ОФВ1 в %
от должн. знач.
Texp, ч,
по гемоглобину
Texp, ч, по
гем-индикатору
Достоверность
различия
Контрольная
НБОсновная
БА

ОБ

ГОБ

97,1±2,95
(n=18)51,9±5,1
(n=31)

47,7±2,1
(n=58)

50,5±6,1
(n=16)

31,4±4,3
(n=13)41,5±3,4нд
(n=15)

59,3±5,7*
(n=32)

128,0±15,3*
(n=9)

30,0±10,3
(n=5)53,4±7,6 нд
(n=16)

68,8±6,6**
(n=26)

101,1±11,8**
(n=7)

p>0,05

p>0,05

p>0,05

p>0,05

 

Группы БА, ОБ и ГОБ по сравнению с контрольной группой (НБ): * — p<0,05 и ** — p<0,01; нд — различие недостоверно.

Из таблицы видно, что при астме нарушения экспекторации носят минимальный характер и сравнимы по времени выведения индикатора с лицами контрольной группы без обструкции — с необструктивным бронхитом.
Объективность этого наблюдения подтверждается тем, что результаты измерения Texp вполне сопоставимы и при использовании двух различных методов — с помощью аутологичного гемоглобина обследуемых и порошкообразного индикатора гемсодержащих веществ.
Обратимся к корреляционному анализу, то есть к математическому определению взаимосвязи между несколькими признаками, и попытаемся выяснить, есть ли связь между показателями вентиляции, отражающими состояние проходимости дыхательных путей, и временем экспекторации — Texp, отражающим степень нарушения слизеобразования. Результаты корреляционного анализа, опубликованные ранее в сравнительном исследовании (Солопов В.Н., Луничкина И.В., 1987, 1989), приведены в таблице.

Таблица. Коэффициент парной корреляции Texp (ч) с показателями ФВД у обследуемых лиц

 

Группыбольных ЖЕЛ, %
от должн.
ОФВ1, %
от должн.
МОС25-75, %
от должн.
МОС75-85, %
от должн.
Бронхиальная астма
(БА)
Обструктивный бронхит
(ОБ)
-0,126
>0,05
-0,317
<0,05
-0,272>
0,05
-0,374
<0,01
-0,188>
0,05
-0,374
<0,01
-0,121
>0,05
-0,373
<0,01

 

Они представляют зависимость между изменениями показателей ФВД и величиной Texp. И как следует из этих данных, прямая зависимость между нарушением функции внешнего дыхания и величиной времени экспекторации Texp выявляется при обструктивном бронхите, а при астме — нет!
Наличие прямой взаимосвязи между нарушением функции внешнего дыхания и величиной Texp в группе обследованных с обструктивным бронхитом (ОБ) объясняется в первую очередь ведущей ролью нарушений слизеобразования в формировании бронхиальной обструкции у этих больных. Что касается пациентов с бронхиальной астмой, то отсутствие корреляции между показателем Texp и показателями ФВД определяется, вероятно, тем фактом, что в формировании у них бронхиальной обструкции более значимая роль принадлежит спазму бронхиальной мускулатуры и воспалительному отеку, а не только нарушениям экcпекторации. По-видимому, при астме даже при достаточно «скромных» нарушениях бронхиального дренажа сопутствующий спазм бронхов и отек их слизистой приводят в 1,5–3 раза (в зависимости от показателя) к более выраженным нарушениям ФВД, чем при хроническом бронхите. Однако проблема заключена не только в усугублении обтурации бронхоспазмом и воспалительным отеком слизистой оболочки, но и в особом характере бронхиального содержимого при астме. Попробуем разобраться в этом вопросе более подробно.

Таблица. Сравнительные показатели величины адгезии мокроты
при астме (БА) и бронхите (ХБ) (X±m)

 

Стадия болезни А х 104 н/м2
при БА
А х 104 н/м2
при ХБ
Достоверность
различия
Обострение

Наступающая
ремиссия

0,58±0,03

0,33±0,01

0,75±0,04

0,53±0,02

p<0,01

p<0,05

 

Обратимся к результатам сравнительного измерения адгезии мокроты у больных бронхитом и астмой. Как видно из данных таблицы, величина адгезии мокроты больных с бронхитом и в стадии обострения болезни, и в стадии наступающей ремиссии достоверно выше таковой у больных с астмой. Данные таблицы не вносят ясность в вопрос: почему при менее выраженных нарушениях экспекторации и достаточно низких показателях адгезии слизи к стенке бронха при астме имеют место случаи фатального исхода, с выявлением на вскрытии генерализованного «затопления» дыхательных путей бронхиальным содержимым.
Вероятно, проблема определяется совсем другими свойствами бронхиальной слизи. В этой связи попробуем вспомнить историю описания свойств мокроты при астме за все время существования этой проблемы. Наблюдения врачей, описывающих астматические симптомы, свидетельствуют о том, что отделение мокроты с кашлем наблюдается у больных чаще после приступа. Здесь следует сказать, что кашель и мокрота характерны не только для астмы, но и сопутствуют практически всей легочной патологии. Так, еще в 1826 г. в своем подробном описании хронического бронхита, Р. Лаэннек поставил эти симптомы на первое место. Уже тогда было замечено, что обострение хронических заболеваний легких в первую очередь сопровождается увеличением количества мокроты и изменением ее консистенции. Врачи прошлых веков, подмечая некие различия в характере бронхиальной слизи у больных, пытались их различным образом описать. И в их наблюдениях фигурируют такие понятия, как характер мокроты (слизистый, слизисто-гнойный, гнойный), консистенция (жидкая, вязкая, «тягучая»), ее цвет, прозрачность и пр. Ну а относительно характера мокроты при астме было лишь подмечено, что после приступа этой болезни отходит особого вида «стекловидная» мокрота.
Естественно, описательный уровень медицины того времени не позволял найти объективные различия между мокротой больных астмой и другими болезнями, например бронхитом. Но тем не менее, на иной характер бронхиального отделяемого при астме обращали внимание более 100 лет назад основоположники астмологии — Г. Куршман и Е. Лейден, считая особый характер экссудата при бронхиальной астме причиной ее клинических проявлений.
Позже с развитием микроскопической техники появились новые наблюдения: именно при астме были найдены «стекловидные» микроскопические образования мокроты — спирали Куршмана, являющиеся, как оказалось, слепками мелких бронхов. Кроме того, в мокроте больных астмой находили большое количество эозинофилов и продуктов их распада — кристаллы Шарко-Лейдена. А одновременное наличие в мокроте кристаллов Шарко-Лейдена и спиралей Куршмана и до настоящего времени считается достоверным признаком этой болезни.
Собственно говоря, этими наблюдениями и до сегодняшнего дня ограничены знания врачей о каком-либо характерном отличии в свойствах бронхиального содержимого при астме. Чем же определяется особенный — «стекловидный» — тип мокроты, нередко наблюдаемый при астме? Для этого следует обратиться к данным физико-химических исследований бронхиальной слизи в норме и патологии.
В нормальных условиях бронхиальная слизь, образующая ленту мукоцилиарного эскалатора, представляет собой вязкий водный раствор молекул биологических полимеров — гликопротеинов, имеющих огромную молекулярную массу — 105–106. Некоторые из молекул связаны друг с другом, поэтому на поверхности слизистой местами образуется непрерывная лента, выводящая при своем движении снизу вверх инородные частицы из бронхов. Другие молекулы гликопротеинов не связаны между собой, и это обеспечивает мукоцилиарной ленте большую подвижность и текучесть. Воспалительный процесс, запускающийся в бронхиальном дереве, в силу ряда физико-химических превращений изменяет состояние молекул гликопротеинов, и они оказываются связанными между собой поперечными дисульфидными связями — «мостиками» из молекул серы.

Рис. Структура геля бронхиальной слизи: а — в норме; б — в патологических условиях

Кроме дисульфидных связей в образовании геля из молекул гликопротеинов участвуют водородные и кальциевые связи. За счет «сшивания» молекул гликопротеинов мокрота приобретает эластический — «резиноподобный» и вязкий — «стекловидный» характер. Аналогами этих превращений являются изменения в похожих системах: раствор крахмала — гель крахмала; раствор желатина — гель желатина; каучук — резина. Именно эти изменения физико-химической структуры и приводят к ухудшению реологических свойств бронхиального содержимого — изменению вязкостных и эластических характеристик.
«Сетчатой» структурой бронхиальной слизи и были обусловлены неудачи исследователей при измерении ее вязкости и эластичности. Именно поэтому слизь нельзя назвать истинно вязкой средой, и в силу «волокнистости» ее структуры физики относят ее к «неньютоновским» жидкостям, не подчиняющимся уравнению Ньютона, описывающего поведение жидких сред. Ее нельзя причислить и к эластическим объектам (классическим примером которого является резина), поскольку она не является твердым телом. Но всякий, кто видел откашливаемую астматиком слизь, согласится, что она обладает и вязкими, и эластическими свойствами (например, может растягиваться).
Как же исследовать подобную среду? Ведь в процессе воздействия механических измеряющих устройств она деформируется, что, естественно, сказывается на результатах. В этой связи было логичнее бы применить физико-химические методы исследования, не оказывающие грубого механического воздействия на исследуемый материал.
Как уже говорилось, основная роль в формировании вязко-эластического геля в бронхиальном содержимом принадлежит прочным дисульфидным связям, образующимся в результате окисления сульфгидрильных (SH) групп гликопротеинов. Поэтому нетрудно прийти к следующим заключениям: во-первых, содержание свободных SH-групп в бронхиальном отделяемом может отражать степень структурированности этой системы. И во-вторых, степень подвижности молекул гликопротеинов — основной составляющей бронхиальной слизи хотя и зависит от многих факторов, должна быть связана с ее вязкостными характеристиками.
Известно, что наиболее простым способом определения концентрации свободных SH-групп является реакция их связывания с ионами тяжелых металлов — ртути, серебра, мышьяка и др.
В работе, которая была проведена совместно с кандидатом биологических наук И.И. Резниковым (Солопов В.Н., Резников И.И. и др., 1988, 1990), для количественного определения сульфгидрильных групп мокроты использовалась реакция связывания SH-групп с молекулами ртути, а полнота их связывания измерялась методом электронного парамагнитного (спинового) резонанса (ЭПР).
Эффект электронного парамагнитного, или спинового, резонанса (который положен в основу метода ЭПР) был открыт нашим отечественным ученым-физиком Е.К. Завойским. Он заключается в том, что вещество, имеющее в своей структуре свободный (неспаренный) электрон, при помещении в однородное магнитное поле способно поглощать точно определенное количество энергии от подаваемого на него электромагнитного сверхвысокочастотного излучения.
К сожалению, ко времени этого открытия не существовало органических соединений, содержащих стабильный неспаренный электрон в своей структуре, и поэтому в медико-биологических исследованиях метод имел весьма ограниченную сферу применения. Различного рода биологические объекты со свободными (неспаренными) электронами вели себя довольно непредсказуемо. Вероятно поэтому по-настоящему результативных работ в медицине, несмотря на огромные усилия и «несметность» публикаций (одним из «рекордсменов» в этой области являлся А.Э. Калмансон), не последовало (Ажипа Я.И. Медико-биологические аспекты применения метода электронного парамагнитного резонанса. М.: Наука, 1983).
Но в середине 1960-х гг. американские ученые впервые синтезировали органические соединения, содержащие стабильный неспаренный электрон — спиновые метки. И самыми перспективными из них (с моей точки зрения как химика) стали соединения, способные ковалентно (химическим путем) связываться с исследуемым веществом, которое становилось как бы меченым. Зная химическую природу связывания, можно было за очень короткий период времени получить огромное количество информации.
Молекулы ртути, с помощью которых проводилось определение SH-групп в мокроте, были химическим путем связаны со стабильным нитроксильным радикалом. Использованная ртутная спиновая метка имела следующую структуру: 4-хлормеркур-2,2,6,6-тетра-метилпепиредин-1-оксил. Именно за счет наличия молекулы ртути она прочно связывалась с SH-группами мокроты.
Методика исследования заключается в следующем. У больных собирается утренняя порция мокроты и гемогенизируется с помощью ультразвука. Затем отмеренные для исследования ее порции в количестве от 0,1 до 1,0 мл перемешиваются с 10 мкл спиртового раствора ртутной метки с концентрацией 10-3 моль/л, инкубируются в течение 3 мин, после чего записывается спектр ЭПР в области X-диапазона частоты СВЧ. Измерение проводится три раза, затем вычисляется средняя величина. Определенной (с учетом ошибки измерения) концентрацией SH-групп считается та, при которой вся спиновая ртутная метка оказывается связанной. Концентрация свободных сульфгидрильных групп выражается соответственно в моль/л.

 

 

Рис. ЭПР-спектры ртутной метки: а — свободная метка в растворителе; б — частично связанная метка в мокроте;
в — полностью связанная метка в мокроте (спектры б и в дополнительно обведены, чтобы был виден момент полного связывания метки — в)

Исследование показало, что концентрация свободных сульфгидрильных групп в мокроте астматиков варьировала в широком пределе — от 0,34±0,03х10-4 до 0,89±0,03х10-4 моль/л. Этим косвенно подтвердилось предположение, что при стихании обострения заболевания и нормализации физико-химических свойств слизи количество дисульфидных сшивок — «мостиков» между молекулами гликопротеинов уменьшается. При этом количество свободных сульфгидрильных (SH) групп возрастает. Этот показатель может косвенно свидетельствовать об улучшении бронхиального дренажа. Аналогичная динамика — увеличение количества SH-групп при стихании обострения и наступления ремиссии — отмечена и другими авторами при определении их содержания в слизистой бронхов (Servin A., Garcet S., Vu Ngoc Huyen, Cohen Y.// J. Pharmacol. (Paris), 1976, Vol. 7, N 3, p. 275–286). По мнению исследователей, это отражает процесс морфологического восстановления мерцательного эпителия, поврежденного воспалением. О чем же можно предположить, сопоставив данные синхронного изменения содержания SH-групп в слизистой бронхиальной стенке и бронхиальном содержимом? Подобная закономерность, по-видимому, связана с «пришиванием» дисульфидными связями молекул гликопротеинов к поврежденной слизистой оболочке бронха. С химической точки зрения процесс реализуется довольно просто: две сульфгидрильные группы (от стенки слизистой и молекулы гликопротеина слизи) окисляются в одну дисульфидную связь.
Существование феномена «пришивания» SH-групп молекул гликопротеинов слизи к поврежденной слизистой бронха с образованием дисульфидного «мостика» доказано и в клинических условиях. Этот механизм подтвердился на практике тем, что у 10 больных с выраженными нарушениями экспекторации и неэффективностью ингаляционных отхаркивающих средств удалось вызвать обильное отхождение мокроты внутривенным введением 250 мг 2,3-димеркаптонола (унитиола) — известного препарата — аналога ацетилцистеина, имеющего две активные сульфгидрильные группы в молекуле. Причем предварительное ингаляционное применение этого препарата было неэффективным. Это можно объяснить тем, что при парентеральном введении унитиол разрывает дисульфидные связи со стороны стенки бронха, секретируясь через нее. В то время как при ингаляционном введении унитиол попадает в просвет бронха, не воздействуя на пристеночный слой слизи. Все вышесказанное обосновывает значимость воздействия на серосодержащие группировки бронхиальной слизи для предотвращения ее структурирования в вязко-эластический гель.
Теоретически возможно не только разрушение дисульфидных связей мокроты тиолами — препаратами, содержащими свободные сульфгидрильные группы, но и блокирование SH-групп бронхиальной слизи до того, как они окислились в дисульфидные связи. А связанные SH-группы гликопротеинов теряют способность к окислению и образованию дисульфидных «мостиков» в геле бронхиальной слизи.
Теоретическое предположение подтвердилось при испытании эффективности отхаркивающей смеси (известной в иностранной литературе под названиями «Oxymist», «Ascumist», «Ascoxal» и «Gumox»), состоящей из натрия бикарбоната, аскорбиновой кислоты и сульфата меди (Ziment I. Hypertonic Solutions, Urea and Ascorbic Acid. In: Braga P.C., Allegra L. (eds.). Drugs in Bronchial Mucology. New York. Raven Press. 1989, p. 137–143). Авторы, предложившие когда-то эту композицию, предполагали, что отхаркивающий эффект щелочных ингаляций усилится воздействием аскорбиновой кислоты и ионов меди (в качестве катализатора), восстанавливающих дисульфидные связи гликопротеинов слизи в свободные сульфгидрильные группы.
В первые дни ингаляционного применения эффективность экспекторации этой смеси была такой же, как и у 2% раствора натрия бикарбоната. Однако более продолжительное лечение привело довольно неожиданно к нормализации показателя времени экспекторации — Texp и значительному уменьшению количества откашливаемой мокроты. При измерении количества свободных SH-групп в мокроте выяснилось, что они практически не определялись — даже в концентрации 10-5 моль/л спиновая метка оставалась несвязанной. Вывод мог быть только одним: SH-группы были полностью связаны (заблокированы) ионами меди

Рис. Блокированные ионами меди SH-группы гликопротеинов

Это не позволяет гликопротеинам слизи превращаться в вязко-эластический гель, связывающий большое количество воды, в результате чего увеличивается количество вязкой, трудно откашливаемой мокроты.
Таким образом, выяснилось, что существует другой путь повышения эффективности отхаркивающей терапии: альтернатива увеличению количества ингаляций заключается в связывании SH-групп гликопротеинов слизи и нормализации процессов слизеобразования. В качестве блокаторов SH-групп наиболее пригодны достаточно низкие количества ионов следующих металлов: меди, цинка и серебра. В дальнейших исследованиях была использована модификация стандартной прописи из вышеназванного источника.

Итак, какие же выводы можно сделать из предыдущих глав?

1. Гибель астматиков в подавляющем большинстве случаев связана с механической обтурацией бронхов слизью.
2. Реологические свойства слизи могут быть изменены значительно или умеренно. В последнем случае механическая обтурация наступает в результате присоединения выраженного бронхоспазма и отека слизистой.
3. И в этой связи, по-видимому, существуют варианты обструкции с различной степенью преобладания спазма, воспалительного отека или обтурации бронхов слизью. Обсуждению этих вопросов и посвящена следующая часть книги, которую автор представляет читателю.