Показатели местного и системного иммунитета подростков при сочетанном воздействии загрязнения воздушной среды и сигаретного дыма

Введение. Многочисленные предприятия теплоэнергетики, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, расположенные в Восточной Сибири, выбрасывают в атмосферный воздух поллютанты (оксиды серы, азота, углерода, формальдегид, фенол, бенз(а)пирен, взвешенные вещества и др.), обладающие общетоксическим, раздражающим, сенсибилизирующим и другими эффектами, что приводит к умеренному и высокому уровням загрязнения атмосферного воздуха [1][2]. Поллютанты воздушной среды оказывают прямой и опосредованный эффекты на иммунную систему и дыхательный тракт, способствуя развитию инфекционных, бактериальных и аллергических заболеваний [3][4].

Последние десятилетия одной из основных причин возникновения и прогрессирования болезней дыхательного тракта, нарушений иммунитета и заболеваний сердечно-сосудистой системы является широкое распространение табакокурения, поскольку токсические компоненты табачного дыма, так же как и поллютанты атмосферного воздуха, оказывают негативное влияние на состояние иммунной защиты [4–6]. Сигаретный дым является многокомпонентной смесью (более 5000 веществ) газов и твердых взвешенных частиц, содержит алкалоиды (никотин, норникотин, никотеин, абазин), тяжелые металлы (Pg, Hg, Zn, Cd, Cu), фенолы (фенол, индол), бенз(а) пирен, формальдегид, оксиды азота, углерода, серы, аммиак и многие другие соединения [7–9]. Важно отметить, что не только активное, но и пассивное курение оказывает значимое влияние на иммунную систему и здоровье, особенно детей и подростков [10]. При ингаляционном поступлении химические вещества в первую очередь контактируют со слизистыми оболочками ротовой полости и носа и оказывают влияние на их защитные функции и адаптационные реакции, в которых ключевую роль играет иммунная система [11][12]. Выявлено, что при загрязнении воздушной среды и курении отмечается повышение содержания провоспалительных цитокинов (интерлейкинов IL-8, IL-4, IL-6, IL-1β, фактора некроза опухоли альфа (TNF-α)) в крови и IL-8 и TNF-α в слюне [13][14]. Однако в литературе есть данные о том, что никотин способен подавлять секрецию провоспалительных цитокинов, запуская каскад реакций через никотиновые ацетилхолиновые рецепторы [15][16]. Выявлено, что существует половой диморфизм врожденного и приобретенного иммунитета. У мужчин и женщин есть различия в восприимчивости к инфекционным заболеваниям и реакциям на вакцины, склонности к аутоиммунным заболеваниям, в уровнях провоспалительных цитокинов [17][18].

Целью данного исследования было выявление особенностей показателей местного и системного иммунитета у подростков женского и мужского пола, проживающих в условиях загрязнения воздушной среды при воздействии сигаретного дыма.

Материалы и методы. Программа исследования одобрена решением этического комитета ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», соответствует принципам Хельсинкской декларации и не ущемляет права человека. Обследование подростков, которое проводилось ранней весной в течение 2 лет, осуществлялось после подписания ими или их родителями (законными представителями) согласия на участие в нем. В исследование включены 546 школьников 14–16 лет, постоянно проживающих в промышленных городах Восточной Сибири с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха [19]. Критерием исключения являлись отсутствие согласия на участие в исследовании, наличие у подростков острых респираторных заболеваний и обострения соматической патологии на момент обследования и в течение 2 недель до него.

Методом иммуноферментного анализа изучены уровни интерлейкинов 2 и 10 (IL-2 и IL-10), альфаи гамма-интерферонов (INF-α и INF-γ), иммуноглобулина А (IgА) в сыворотке крови. В смывных водах из ротовой полости и носа также определяли содержание указанных выше цитокинов, секреторного иммуноглобулина A (sIgA) и лактоферрина (LF). Сыворотка получена из венозной крови после 12-часового голодания обследуемых. Смывные воды из носа и ротовой полости в объеме 10 мл физиологического раствора собирались в стерильные емкости. Содержание цитокинов, sIgA и лактоферрина в смывных водах стандартизовали относительно концентрации белка в этих пробах, которую определяли биуретовым методом наборами реагентов Human (Германия). В соответствии с инструкцией фирмы – производителя реагентов («Вектор-Бест» (Россия)) референтными считали уровни в крови IL-2 и IL-10 от 0 до 10 пг/мл, INF-α – от 0 до 5 пг/мл, INF-γ – менее 15 пг/мл, IgА – 1,69–5,47 мг/л.

На основании анкетных данных в общей выборке подростков были выделены группы: курящие и некурящие. Среди обследуемых доля некурящих подростков составила 47,1 % (257 человек, средний возраст 14,83 ± 0,09 года). Они вошли в группу I. В данной группе 42,4 % (109 индивидов) – это лица мужского пола, 57,6 % (148 человек) – женского (подгруппы Im и If соответственно). При включении в группу курящих (группа II) учитывалось как активное, так и пассивное курение. К пассивно курящим были отнесены подростки, родители которых курят в жилом помещении, и школьники, присутствующие при курении сверстников или других лиц не менее 1 раза в день. Среди обследуемых доля курящих составила 52,9 % (289 школьников, средний возраст 14,97 ± 0,08 года), из них 137 мальчиков-подростков (47,4 %) и 152 девочки-подростка (52,6 %), включенные в подгруппы IIm и IIf соответственно.

Статистический анализ результатов выполнен с применением пакета прикладных программ Statistica 6.0. В связи с несоответствием распределения количественных показателей нормальному (тест Шапиро – Уилка) для их попарного группового сравнения применялся U-критерий Манна – Уитни. Результаты представлены в виде медианы (Me) и 25–75 процентилей (Q25–Q75). Сравнение встречаемости признаков, представленных в виде процентов и 95 % доверительного интервала (CI) в выборке, осуществляли при помощи критерия хи-квадрат (χ2). Критическим уровнем статистической значимости различий (p) являлось значение 0,05.

Результаты исследования. Анализ содержания цитокинов, иммуноглобулинов и лактоферрина в биологических субстратах обследуемых подростков не выявил статистически значимых различий между группами I и II. При этом отмечена тенденция (0,05 < р < 0,10) к снижению содержания INF-γ (66,20 (15,60–228,20) пг/мг белка у курящих против 111,20 (27,00–281,30) пг/мг белка у некурящих подростков; р = 0,062) и повышению LF (72,69 (42,12–105,56) против 46,48 (30,20–73,66) мг/мг белка соответственно; р = 0,080) в смывах из ротовой полости. Кроме того, зарегистрировано повышение IgA в крови курящих школьников: 4,00 (2,50–7,40) мкг/мл против 3,90 (2,05–6,10) у некурящих (р = 0,078).

Поскольку в литературе представлены данные о существовании половых различий в функционировании иммунной системы мужчин и женщин [17][18], дальнейший анализ влияния табачного дыма на показатели местного и системного иммунитета подростков проводили в группе мальчиков и группе девочек. Выявлено, что у мальчиков, подвергающихся воздействию табачного дыма, уровни IL-2, INF-α и INF-γ в смывах из ротовой полости были статистически значимо ниже, а концентраций INF-α и IgA в крови – выше, чем у некурящих (табл. 1).

Анализируя частоту отклонений изучаемых показателей от референтных уровней, было установлено, что повышенные уровни IgA в крови мальчиков подгруппы IIm встречались чаще, а сниженные – реже, чем в подгруппе Im (р = 0,006 и р = 0,033 соответственно) (табл. 2). Также выявлена тенденция к увеличению частоты повышенных концентраций INF-α в крови курящих мальчиков по сравнению с некурящими (р = 0,066).

При анализе изучаемых показателей в группе девочек в зависимости от курения было установлено, что маркеры системного иммунитета не различались в подгруппах If и IIf (табл. 3). При этом отмечалась тенденция к повышению уровней цитокинов и LF и снижению содержания IgA в смывных водах из ротовой полости у девочек, подвергавшихся воздействию сигаретного дыма. Различий в частоте отклонений концентрации изучаемых показателей от референтных уровней у курящих и некурящих девочек не выявлено.

Обсуждение. При обсуждении полученных результатов следует остановиться на нескольких моментах. На данном этапе исследования мы сочли возможным объединение активно и пассивно курящих подростков в одну группу ввиду небольшого стажа (менее 5 лет) активного курения или пребывания рядом с курящими сверстниками. При этом данные литературы свидетельствуют, что пассивное курение может оказывать схожее, но менее выраженное влияние на показатели иммунитета по сравнению с активным табакокурением. В исследованиях показателей иммунитета здоровых курящих подростков, проведенных Никитиной О.В. и соавт., показано, что в сыворотке крови активно курящих школьников отмечались более высокие уровни провоспалительных цитокинов TNF-α, IL-6, IL-8) по сравнению с пассивно курящими. При этом значения указанных показателей в группах как активно, так и пассивно курящих подростков были выше, чем у некурящих [20]. Vardavas C.I. и соавт. установили, что в крови при активном курении значительнее повышается количество CD4+ и CD8+ Т-клеток, а при пассивном – CD3+ [21]. На основании результатов других исследований можно предположить, что на показатели иммунитета подростков пассивное курение способно оказывать значимое влияние по сравнению с активным курением, так как стаж активного курения у них меньше, чем пассивного. Об этом свидетельствуют более высокие значения информативности показателя «пассивное курение» по сравнению с фактором «активное курение» (6,3 и 0,06 соответственно) в развитии хронической патологии верхних дыхательных путей у подростков, проживающих в условиях техногенного загрязнения атмосферного воздуха [22]. Учитывая неоднозначность результатов различных исследований о степени влияния пассивного и активного курения на показатели иммунитета, для дальнейшего изучения маркеров воспаления курящих подростков целесообразно деление на группы в зависимости от типа курения (активное и пассивное), а также необходим учет стажа и активности курения, поскольку выявлена связь между уровнем метаболита никотина (котинина) и количеством CD3+, концентрацией цитокинов, количеством лейкоцитов в крови и стажем курения [21][23].

Выявленные нами гендерные особенности ответной реакции иммунной системы на курение, возможно, обусловлены различиями в уровнях половых гормонов у обследованных подростков мужского и женского пола. Известно, что андрогены, концентрация которых в крови мальчиков-подростков выше, могут оказывать иммунодепрессивное действие. Тестостерон способен ингибировать созревание В-клеток, подавлять выработку антител, стимулировать иммунный ответ по Th1-пути, активировать клетки CD8+ и подавлять реакцию натуральных киллеров и фактора некроза опухоли [24].

В нашей работе установлено, что при воздействии табачного дыма только у мальчиков были значимые изменения показателей местного иммунитета ротовой полости (снижение уровней IL-2, INF-α и INF-γ). Известно, что IL-2, содержание которого было ниже у курящих, является провоспалительным цитокином Th1-типа и обеспечивает пролиферацию CD4+ и СD8+ Т-клеток, влияет на развитие и функционирование CD4+ CD25+ и регуляторных Т-клеток, а также осуществляет ингибирование иммунных ответов, предотвращая аутоиммунные реакции [25]. Поэтому снижение концентрации этого цитокина может приводить к угнетению продукции INF-γ и TNF-α, что и наблюдалось в подгруппе IIm. Также уменьшение уровня IL-2 способно вызывать дефицит Т-супрессоров, депрессию клеточного иммунитета слизистой ротовой полости. Такой локальный иммунный ответ на воздействие токсических веществ дыма сигарет может указывать на повреждение тканей и дисбаланс между цитокинами, продуцируемыми Th1и Th2-клетками [23].

В сыворотке крови курящих мальчиков выявлено повышение INF-α, что согласуется с данными о том, что курение вызывает усиление продукции провоспалительных цитокинов [20][23]. Индуцированный курением системный воспалительный процесс может быть вызван воздействием токсических компонентов сигаретного дыма [26]. Причем, по данным исследований Kastelein Т. и соавт., содержание некоторых цитокинов и субпопуляций лейкоцитов в крови изменяется в зависимости от времени, прошедшего с момента курения. Значимые различия в уровнях провоспалительных интерлейкинов наблюдаются на протяжении нескольких часов после курения [23]. В крови мальчиков-подростков, подвергающихся воздействию табачного дыма, отмечалось повышение уровня IgA. Схожие изменения этого показателя были установлены в исследованиях, которые выявили рост этого иммуноглобулина у детей, подвергающихся воздействию табачного дыма при курении матерей во время беременности и после нее [27]. По данным литературы, воздействие химических веществ, содержащихся в воздушной среде и сигаретном дыму, на слизистые верхних дыхательных путей приводит к изменениям показателей местного иммунитета – снижению уровня sIgА и повышению лактоферрина в слюне [28][29]. В нашем исследовании установлена лишь тенденция к снижению sIgA и повышению лактоферрина у курящих девочек в смывах из ротовой полости.

Заключение. В результате проведенных исследований установлено, что воздействие сигаретного дыма на фоне ингаляционного поступления химических веществ атмосферного воздуха оказывает влияние на показатели местного и системного иммунитета подростков мужского и женского пола, проживающих в промышленных городах, в разной степени. Для лиц мужского пола, подвергающихся воздействию сигаретного дыма, было характерно снижение уровней INF-α и INF-γ и повышение – IL-2 в смывных водах из ротовой полости, увеличение содержания INF-α и IgA в крови. Для курящих и некурящих девочек различия в содержании цитокинов в крови, в смывах изо рта и носа не были установлены. Наличие гендерных особенностей ответной реакции организма подростков на сочетанное влияние загрязнения атмосферного воздуха и сигаретного дыма указывает на необходимость учета половой принадлежности для разработки профилактических и лечебных мероприятий, направленных на предотвращение нарушений иммунитета, развития патологии верхних дыхательных путей и сохранение их здоровья. Полученные результаты имеют предварительный характер и требуют дальнейших исследований с анализом зависимости показателей иммунитета от вида курения (активного/ пассивного), его стажа и частоты.