Врожденный и адаптивный иммунитет у работников ведущих профессий производства хлористого калия в условиях воздействия мелкодисперсной пыли

Введение. Технологические производственные процессы на предприятиях черной и цветной металлургии, в машиностроении, химической и горнорудной промышленности, в плавильном производстве и производстве строительных материалов, на станциях перегрузки мусора и обогатительных фабриках, при добыче и переработке полезных ископаемых сопровождаются образованием большого объема мелкодисперсной пыли [1]. Присутствие взвешенных частиц в воздухе рабочей зоны производственных помещений существенно влияет на здоровье и производительность лиц, занятых в производстве [2]. Мелкодисперсные пылевые частицы представляют опасность для здоровья: воздействие взвешенных частиц в воздухе рабочей зоны вызывает развитие респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, усугубляет течение бронхиальной астмы, атопического дерматита, аллергического ринита [3–6]. Избыточная запыленность воздуха рабочей зоны увеличивает риск развития рака легких, у женщин повышает риск преждевременных родов, низкого веса плода при рождении и его гибель [7]. Усугубляется вероятность развития деменции и болезни Альцгеймера при загрязнении воздушной среды производственных помещений PM_2,5 [4]. Более того, иммунологические изменения при ингаляционной экспозиции мелкодисперсной пыли способствуют повышенной восприимчивости организма к инфекционным заболеваниям, включая туберкулез и новую коронавирусную инфекцию [8, 9]. Транспорт мелкодисперсных взвешенных частиц из органов дыхания в систему кровообращения и другие органы осуществляется профессиональными фагоцитами (нейтрофилы, моноциты, тканевые макрофаги, дендритные и тучные клетки) [9]. Так, фракция твердых частиц размером менее 2,5 мкм при ингаляционном поступлении идентифицируется в печени, почках [10]. Нейтрофилы, мигрируя в очаг поражения и лимфатические узлы и взаимодействуя с лимфоцитами, запускают адаптивный иммунный ответ. Фагоцитирующие клетки могут оказывать влияние на продукцию интерлейкинов и пролиферацию лимфоцитов. Функциональная связь дыхательной системы с иммунной системой обусловливает системный эффект мелкодисперсной пыли на весь организм [9].

Химический состав и размеры взвешенных частиц являются ведущими факторами, определяющими их эффекты на иммунную систему. Кроме того, возраст человека также может обуславливать степень выраженности иммунного ответа на мелкодисперсную пыль [1, 9, 11, 12]. В альвеолярных макрофагах частицы диаметром менее 10 мкм (РМ₁₀) инициируют неспецифическую защиту через активацию TLR4, в то время как частицы размером менее 2,5 мкм (РМ_2,5) посредством генерации активных форм кислорода [13]. Между тем обнаружен ингибирующий эффект РМ_2,5 на альвеолярные макрофаги, вызванный блокадой TLR2 и TLR4 [14]. Показано, что РМ_2,5 снижали способность мононуклеаров периферической крови человека ограничивать рост и распространение M. tuberculosis, а также блокировали экспрессию маркера активации (CD69) на иммунокомпетентных клетках [15].

Таким образом, существующие доказательства о губительном влиянии взвешенных частиц в воздухе рабочей зоны на организм человека требуют дальнейшего изучения особенностей неспецифической резистентности и специфических иммунных реакций у лиц, непосредственно контактирующих с мелкодисперсными частицами на рабочем месте.

Цель исследования – изучить показатели фагоцитоза и уровень экспрессии маркеров дифференцировки Т-лимфоцитов у работников, контактирующих с мелкодисперсными частицами пыли в условиях производства хлористого калия.

Материалы и методы. Исследование выполнено с соблюдением этических требований Хельсинкской декларации ВМА 2000 г. и протокола Конвенции Совета Европы о правах человека и биомедицине 1999 г. В ходе настоящего исследования изучены показатели врожденного и адаптивного звеньев иммунного ответа у 121 работника предприятия в условиях производства хлористого калия. Группа наблюдения – 54 человека, работники основных профессий в производстве хлористого калия (машинист мельниц, центрифуговщик 3-го разряда, центрифуговщик 4-го разряда, фильтровальщик, аппаратчик гранулирования, аппаратчик сушки). Условия труда работников ведущих профессий характеризуются воздействием мелкодисперсной пыли. Группа сравнения – 67 человек, не имеющих профессионального контакта с вредными производственными факторами (работники административно-управленческого аппарата). Обследуемые работники обеих групп сопоставимы по возрасту, рабочему стажу и гендерному составу (табл. 1).

Критерии включения в исследование: работники различных профессий предприятия по выпуску хлористого калия, согласие на участие в исследовании. Критерии исключения: наличие инфекционно-воспалительных заболеваний в стадии обострения, участие в другом исследовании. Все участники исследования подписали добровольное информированное согласие на участие в исследовании и использование персональных данных.

Выполнено определение содержания массовой доли и дисперсного состава пылевых частиц в воздухе рабочей зоны (анализатор пыли DustTrak 8533). Пробы воздуха исследовали на содержание мелкодисперсной пыли размерами менее 2,5 мкм (PM_2,5) и размерами менее 10 мкм (PM₁₀).

Оценка фагоцитарной активности лейкоцитов периферической крови выполнена с помощью тестов, основанных на регистрации поглощения объектов фагоцитоза. Рассчитывали процент фагоцитоза, фагоцитарное число (ФЧ). Для идентификации CD3+/CD25+-лимфоцитов и CD3+/CD95+-лимфоцитов использован метод проточной цитометрии (проточный цитометр Becton Dickinson).

Статистический анализ данных выполнен с помощью программы Statistica 6.0 (StatSoft). Проверку распределения количественных данных выполняли с помощью статистического критерия Колмогорова – Смирнова. Данные, имеющее нормальное распределение, представлены в виде среднего арифметического значения (М), стандартного отклонения (ϭ) и 95%-го доверительного интервала для среднего (95% ДИ). Для проверки нулевых гипотез о равенстве средних значений между двумя независимыми группами с нормальным распределением применялся двухвыборочный t-критерий. Сравнение выборочных данных с референтными значениями выполнялось с использованием одновыборочного критерия Вилкоксона. Для оценки связи исследуемых ответов с воздействием фактора рассчитывали отношение шансов (OR), относительный риск (RR) и 95%-й доверительный интервал для отношения шансов и относительного риска. Уровень значимости (p), на котором проводилась проверка нулевых гипотез, принимался равным 0,05.

Результаты. По результатам исследования установлено, что содержание мелкодисперсных частиц на рабочем месте работников основных специальностей выше, чем на рабочем месте работников административно-управленческого аппарата: PM_2,5 – в 6,6 раза, PM₁₀ – в 7 раз (табл. 2).

Оценка показателей врожденного иммунного ответа (фагоцитарной активности лейкоцитов периферической крови) выявила статистически значимое (р = 0,047) снижение в среднем в 1,2 раза фагоцитарного числа у работников предприятия, непосредственно контактирующих с мелкодисперсными частицами на рабочем месте, относительно значений, идентифицированных у работников, трудовой процесс которых исключает контакт с вредными производственными факторами (табл. 3).

Выполненное цитофлюориметрическое исследование продемонстрировало, что процентное содержание CD3+/CD25+-лимфоцитов у работников основных профессий статистически значимо (р = 0,046) и в 1,3 раза ниже значений, выявленных у работников административноуправленческого аппарата. Обнаружено, что в периферической крови работников, непосредственно контактирующих с мелкодисперсными частицами на рабочем месте, статистически значимо (р = 0,001–0,022) и снижено в среднем в 1,6 раза количество CD3+/CD95+-лимфоцитов (относительное и абсолютное) по сравнению с результатами, полученными у лиц этого же производства, не подвергающихся воздействию вредных производственных факторов. У работников и работниц группы наблюдения содержание Т-лимфоцитов, экспонирующих кластер дифференцировки CD95, статистически значимо (р < 0,05) и ниже референтного уровня.

У обследуемых группы наблюдения доля проб крови с пониженным фагоцитарным числом, отражающим поглотительную способность фагоцитов, относительно референтного интервала составила 51,9 против 32,8 % в группе сравнения (кратность снижения 1,6 раза). Следует отметить, что у работников основных профессий по сравнению с референтными значениями во всех пробах крови отмечено снижение процентного и абсолютного содержания CD3+/CD95+-лимфоцитов, а процентного и абсолютного количества CD3+/CD25+- лимфоцитов – в 42,9 раза и 28,6 % соответственно.

Установлена связь экспозиционной нагрузки с мелкодисперсными взвешенными частицами с понижением поглотительной способности фагоцитов у работников, непосредственно контактирующих с мелкодисперсными частицами на рабочем месте (ОR = 2,20; 95 % ДИ = 1,05–4,60; р < 0,05). Выявлено изменение показателя, характеризующего активность нейтрофилов, в виде снижения фагоцитарного числа у работниц и работников группы наблюдения (RR = 1,58; 95 % ДИ = 1,30–2,42, р < 0,05).

Обсуждение. При воздействии на организм мелкодисперсной пыли, одного из ведущих вредных компонентов загрязнения воздуха рабочей зоны на предприятии по выпуску хлористого калия, в результате сложной взаимосвязи элементов врожденного и адаптивного иммунитета формируется ответная реакция организма на экспозицию. Разделение иммунной системы человека на врожденный (неспецифический) иммунитет и адаптивный (специфический) иммунитет в определенной степени является условным. Обе системы иммунитета функционируют в тесном взаимодействии и совместно решают различные задачи. Врожденная иммунная система – это эволюционно консервативная система защиты хозяина, первая линия защиты на воспаление и на внедрение инфекции. Тогда как адаптивный иммунитет является антигензависимым и антигенспецифическим, отвечает за формирование иммунологической памяти.

Фагоцитозу принадлежит важнейшая роль в предотвращении развития инфекционного процесса, дифференцировке и обновлении клеток, гомеостазе тканей [16]. Доказана роль профессиональных фагоцитов в элиминации раковых клеток [17]. Очевидно, фагоциты необходимы не только для устранения чужеродного агента и апоптотических клеток из организма, но и для и активации других иммунных клеток путем секреции ряда цитокинов. Так, нейтрофилы могут дополнительно передавать сигналы клеткам адаптивной иммунной системы, инициируя развитие адекватного иммунного ответа [18, 19]. В системе in vivo показано, что фагоциты способны индуцировать экспрессию маркера ранней активации CD25 и быстрое деление Т-клеток, при этом данный эффект являлся дозозависимым [20]. Однако фагоцитирующие клетки, нагруженные высокими дозами антигена (гаптена), являются неэффективными активаторами Т-клеток, что приводит к анергии лимфоцитов. Чтобы фагоцитировать ненужные клетки, фагоцит должен получить сигнал «найди меня», «съешь меня» и т. д. Ежесекундно в организме около двух миллионов эритроцитов и миллион иммунокомпетентных клеток, гибнущих по механизму апоптоза и генерирующих соответствующие сигналы для фагоцитов, уничтожаются посредством фагоцитоза [21]. Клетки организма (гаметы, лимфоциты и др.), маркированные FAS, также фагоцитируются и элиминируются из организма [22, 23].

Система CD95/CD95L теперь, по-видимому, выполняет более сложную биологическую функцию, чем предполагалось ранее. Доказано наличие у мембранного белка CD95 (Fas) не только апоптотической функции, но и неапоптотической активности [24, 25]. Установлено, что апоптотические и неапоптотические сигнальные пути с участием Fas не являются антагонистами и не коррелируют между собой, однако являются взаимозависимыми [24]. Доказана весомая роль молекулы-рецептора Fas в регуляции дифференцировки, пролиферации В-лимфоцитов и выработке иммуноглобулинов [26]. Установлено что CD95-антиген повышает дифференцировку Th1 и завершенность фагоцитоза [18, 25]. При наличии мелкодисперсной пыли в организме наблюдается развитие иммунного ответа в направлении Th2 [27]. Дисбаланс в системе Th1/ Th2 негативно сказывается на взаимосвязи между факторами специфического и неспецифического иммунитета. Активация CD95-неапоптотического сигнального пути в гибнущих клетках позволяет им продуцировать цитокины (включая MCP1 и IL8), привлекая профессиональные фагоциты в очаг воспаления. Взаимозависимые апоптотическая и неапоптотическая функции Fas способствуют рекрутированию профессиональных и непрофессиональных антигенпрезентирующих клеток в очаге воспаления, накоплению фагоцитов в месте внедрения антигена (гаптена), а затем элиминации умирающей клетки. Лигирование Fas стимулирует продукцию провоспалительных цитокинов моноцитарными макрофагами. Таким образом, CD95 способствует развитию эффективного иммунного ответа [24, 25]. Между тем молекулярные механизмы, лежащие в основе переключения между различными сигнальными апоптотическими и неапоптотическими каскадами с участием Fas, остаются неустановленными и требуют их дальнейшей расшифровки.

Очевидно, тесная взаимосвязь между врожденным иммунитетом и адаптивным иммунитетом, а также их способность к взаимной активации достаточно сложно регулируются. Фагоцитозу отводится важная роль в запуске адаптивного иммунного ответа. При этом Т-лимфоциты, будучи центральным звеном адаптивного иммунитета, секретирующим набор цитокинов, участвуют в регуляции механизмов врожденного иммунитета. Наличие статистически значимых связей установленных отклонений показателей врожденного иммунитета с вредными производственными факторами (мелкодисперсная пыль) подтверждает роль взвешенных частиц в иммунном дисбалансе и нарушение взаимосвязи между факторами неспецифической (фагоцитоз) и специфической (субпопуляция Т-лимфоцитов) защиты организма.

Понимание того, что врожденный и адаптивный иммунитет – это взаимосвязанные и взаимозависимые части единой, интегрированной иммунной системы, позволяет выявить на ранних стадиях дефекты того или иного фактора неспецифической или специфической защиты при воздействии мелкодисперсной пыли и своевременно принять адекватные меры по снижению риска формирования производственно обусловленных нарушений здоровья работников.

Заключение. Содержание мелкодисперсных частиц фракций PM_2,5 и PM10 в рабочей среде работников основных специальностей, занятых в производстве хлористого калия, до 7 раз превышает аналогичные значения на рабочих местах работников административно-управленческого аппарата. В группе наблюдения установлено угнетение фагоцитарной активности по критерию фагоцитарного числа, а также снижение содержания Т-лимфоцитов с CD25+- и CD95+-маркерами клеточной дифференцировки относительно группы сравнения. Показатели врожденного иммунитета (фагоцитарное число) и адаптивного иммунитета (CD3+/ CD25+-лимфоциты и CD3+/CD95+-лимфоциты) могут быть рекомендованы для раннего выявления иммунного дисбаланса и формирования производственно обусловленных нарушений здоровья у работников промышленных предприятий, подвергающихся воздействию мелкодисперсной пыли.