Нарушение мукоцилиарного клиренса является одним из основных звеньев патогенеза заболеваний легких, в частности муковисцидоза (MB). Олисано ингибиру-ющее действие (асинхронизация или прекращение биения ресничек) некоторых биологических жидкостей больного MB (CF-factor) на реснитчатый эпителий трахеи кролика и жабр устрицы [13,17,18,21]. Ряд авторов указывают на замедление мукоцилиарного клиренса у больных MB по сравнению со здоровыми добровольцами [5,14]. J.Sanchis и соавт. [15] описывают нормальные или сниженные показатели мукоцилиарного клиренса у больных MB. В ряде работ приводятся данные об ингибирующем влиянии продуктов Pseudomonas aeruginosae (1-Hydroxyphenazine, pyo compounds, rhamnolipid) на биение ресничек мерцательного эпителия [16,19,20]. B. Donovan и соавт. [7] предполагают, что регуляция частоты биения ресничек связана с мембранным потенциалом клетки. Имеются немногочисленные сведения о том, что ультраструктура ресничек у умерших больных MB была нормальной [10].

Однако в большинстве публикуемых работ использовался радиоаэрозольный метод исследования мукоцилиарного клиренса, демонстрирующий скорость движения слизи, что зависит не только от функции ресничек мерцательного эпителия, но и от реологических свойств слизи. Исследований собственно биения ресничек респираторного эпителия, особенно у больных MB, немного. Кроме того, в подавляющем большинстве работ исследуются реснички верхних дыхательных путей (носа, придаточных пазух, трахеи), часть работ проведена на лабораторных животных. Результаты, полученные исследователями, разняться в достаточно широких пределах, видимо, в зависимости от применяемых методов регистрации и анализа биения ресничек. Так, частота биения ресничек назального эпителия у здоровых людей, измеренная фотометрическим методом, при световой микроскопии составила 11,2- 12,8 Гц [4,12], при использовании телевизионной ин-терферентной контрастной микроскопии - 9,5 Гц [8], а при компьютерной фотометрии - 7,0-8,1 Гц [9]. При записи фотоэлектрического сигнала с последующим преобразованием Фурье частота биения ресничек составляла 7,8 Гц [11]. В крупных бронхах частота биения ресничек была равна 7,1 Гц [6]; она не зависит от возраста [9].

В исследование было включено 45 пациентов в возрасте от 5 до 25 лет, из них 25 больных со среднетяжелым и тяжелым течением смешанной формы MB, с различными генотипом и высеваемой флорой, и 20 больных с другими хроническими обструктивными заболеваниями легких (ХОБЛ): хронический бронхит (ХБ, n=4), бронхоэктатическая болезнь (БЭ, n=12), облитерирующий бронхиолит (ОБ, n=4).

Целью данного исследования являлось изучение особенностей функционирования ресничек цилиарного эпителия респираторного тракта у больных MB с различными генотипами, этиологией инфекционно-воспалительного процесса в легких и степенью тяжести заболевания.

Исследование функции ресничек проводилось с использованием методики прижизненной телевизионной микроскопии биоптата слизистой дыхательных путей с последующей записью интересующей информации и ее обработкой на компьютере [3]. При данной методике исследуемый объект изучался в условиях близких к тем, в которых он функционирует в организме, что позволяло изучать биологический объект, практически не нарушая его морфофункционального состояния. Регистрация движения ресничек производится с помощью видеокамеры через плату ввода видеоизображения на жесткий диск персонального компьютера. Биопсия эпителиального соскоба (выстилки мерцательного эпителия) осуществлялась методом браш-биопсии при проведении бронхоскопии. Полученное изображение анализировалось с помощью специальной компьютерной программы количественной оценки движения ресничек мерцательного эпителия. Изучение реологических свойств мокроты осуществлялось при помощи устройства "Реотестер", которое производит автоматическое определение упруговязких свойств мокроты (время релаксации нити мокроты).

Для статистической обработки полученных данных применялся метод Стьюдента (критерий t) для n<30 [1] и критерий U - Вилкоксона-Манна-Уитни [2], корреляционный анализ проводился с использованием метода Пирсона (r) и непараметрического метода Кендела (т).

Частоты замаха у больных MB были несколько ниже описанных в литературе (7,1-7,97 Гц) (табл.1).

Таблица 1. Частота замаха у больных MB и ХОБЛ

Примечание: * p<0,05

Достоверные отличия (p<0,05) между больными MB и ХОБЛ обнаружены только по частоте замаха кончика реснички. Однако была отмечена тенденция к снижению средней частоты замаха у больных MB: среднюю частоту замаха выше 6 Гц имели только 40% больных MB и 60% больных ХОБЛ. Достоверных различий между частотами удара (табл.2), амплитудой и скоростью биения ресничек в двух группах больных обнаружено не было.

Таблица 2. Частота удара у больных MB и ХОБЛ

Также обнаружена тенденция к снижению частоты и амплитуды биения ресничек у пациентов с MB, выделяющих Ps.aeruginosae, по сравнению с больными, выделяющими другую флору (Si.aureus, Str.pneumoniae, H.infl.). Уменьшение частоты биения ресничек было более выражено в фазу замаха (4,99±0,60 Гц у больных MB с Ps.aeruginosae и 6,55±0,67 Гц у больных, выделяющих другую микрофлору). Не было обнаружено достоверных различий между частотой биения ресничек в различные фазы и амплитудой биения у больных с различными формами ХОБЛ.

Найдены достоверное снижение длины ресничек у больных МБ по сравнению с больными ХОБЛ и тенденция к снижению длины ресничек у больных БЭ (табл.3).

Таблица 3. Длина ресничек у больных МВ и больных другими формами ХОБЛ

р<0,01

По-видимому, реснички у больных MB и БЭ были повреждены в результате тяжелого хронического инфекционного процесса в легких. Кроме того, корреляционный анализ показал снижение частоты удара у больных MB с короткими ресничками (n=0,49).

Вязкость мокроты больных MB была выше, чем у больных ХОБЛ (табл.4)

Таблица 4. Упруговязкие свойства мокроты у больных MB и ХОБЛ с различной микрофлорой

Таким образом, при сравнении разных групп больных видно, что время релаксации нити мокроты у больных MB в 2 раза выше, чем у больных с другими формами ХОБЛ. При колонизации бронхиального секрета синегнойной палочкой вязкость мокроты повышается. Особенно высокая вязкость мокроты отмечается у больных, выделяющих мукоидный штамм Pseudomonas aeruginosae. Корреляционный анализ показал, что средняя частота замаха снижалась при повышении вязкости мокроты (r=-0,49°). У больных с высокими концентрациями хлорида пота обнаружено снижение амплитуды и скорости биения ресничек.

Корреляционный анализ выявил некоторые косвенные признаки нарушения биения ресничек у больных MB, в основном на уровне их кончиков:

• отрицательная корреляция частоты замаха кончика реснички со скоростью биения ресничек при положительной корреляции этих параметров у поверхности клетки;
• отсутствие корреляции между амплитудой и частотой удара кончиков ресничек при положительной корреляции средней частоты удара со средней амплитудой биения;
• у больных MB кончики ресничек колеблются с высокой амплитудой, а основание и средняя часть - с низкой. У больных ХОБЛ с высокой амплитудой колеблются средняя часть и кончик реснички.

Тяжесть поражения бронхолегочной системы, несомненно, была тесно взаимосвязана с функцией мерцательного эпителия бронхов. Об этом свидетельствует снижение показателей ФВД у больных с низкой скоростью биения ресничек (t=0,45 и 0,53 соответственно) и снижение частоты замаха по мере изменения характера отделяемой мокроты (мокрота становилась гнойной) (т=-0,38). С другой стороны, у больных MB с сохраненной длиной ресничек кашель был более продуктивным, чем у больных с укороченными ресничками (т=0,49).

Таким образом, при исследовании мерцательного эпителия было обнаружено снижение частоты биения ресничек у больных MB, нарушение биения ресничек, связанное с генетически детерминированными и фено-типически обусловленными дискриническими нарушениями, повреждение ресничек мерцательного эпителия, которое также приводило к нарушению их биения. Кроме того, было обнаружено нарушение функции кончиков ресничек, которое может быть связано как с повреждением ресничек вследствие тяжелого хронического воспалительного процесса в бронхах больных MB, так и с дискриническими нарушениями. Более низкие величины частот указанных фаз, особенно частоты замаха, и амплитуды биения у больных MB могут быть связаны с нарушениями в слоях гель и золь бронхиального секрета (уменьшение толщины слоя золь при общем увеличении количества мокроты). Последнее происходит как вследствие патогенетических особенностей заболевания, так и в результате постоянно рецидивирующего воспаления в бронхиальном дереве, что приводит к изменению реологических свойств мокроты. Действительно, исследование вязкоэластических свойств мокроты показывает, что вязкость выделяемого больными MB секрета повышена в 2 раза по сравнению с этим показателем у больных ХОБЛ и нормальными величинами. Повышение вязкости бронхиального секрета у этих больных обусловлено не только наследственным нарушением функции хлорных каналов, но и присутствующей в дыхательных путях особой микрофлорой. Присоединение хронической синегнойной инфекции повышает вязкость мокроты путем изменения соотношения кислых и нейтральных сиаломуцинов. Кроме того, многие больные имеют мукоидный штамм синегнойной палочки, продуцирующий алгинат, который также способствует увеличению вязкости.

Учитывая немногочисленные данные литературы о сохранности ультраструктуры ресничек цилиарного эпителия у больных MB и отсутствие корреляционных связей мутации гена ТРБМ и показателей биения ресничек можно предположить, что выявленные нарушения функции цилиарного эпителия у больных MB не являются генетически обусловленными. Мы считаем, что данные нарушения связаны с внешними воздействиями на реснички мерцательного эпителия. Одно из таких воздействий - механическое повреждение (укорочение ресничек) вследствие выраженного воспаления в бронхиальном дереве. В то же время мерцательный эпителий в течение длительного времени вынужден работать в крайне неблагоприятных для него условиях: большое количество вязкого бронхиального секрета, частые обострения бронхолегочного воспалительного процесса, агрессивная микрофлора и т.д. Работа ресничек в таких условиях с течением времени может привести к функциональным нарушениям (автоматизма, энергетическое истощение, нарушение координации биения реснички в целом и т.д.). О том, что эти нарушения являются приобретенными и, возможно, обратимыми, свидетельствует то, что частота удара у больных MB снижается с возрастом (хотя в научной литературе приводятся сведения о том, что частота биения ресничек не зависит от возраста). В то же время амплитуда и скорость биения ресничек увеличиваются по мере нарастания обострений вторичного бронхита у больных MB или при повышении КОЕ (колониеобразующих единиц) патологических агентов в мокроте больных. Последнее доказывает, что у мерцательного эпителия есть некоторые резервы, которые он подключает в случае необходимости. На основании полученных данных для обозначения обнаруженных функциональных нарушений мы предлагаем ввести термин "усталость ресничек" как выражение приобретенного характера изменений функции цилиарного эпителия.

Выводы

1. У больных MB развивается многофакторная цилиарная дисфункция, характеризующаяся повреждением ресничек со снижением частоты удара поврежденных ресничек и "усталостью ресничек" (снижение частоты замаха, нарушение координации биения реснички как единого целого).
2. Развитие цилиарной дисфункции в большей степени обусловлено нарушением биения кончиков ресничек.
3. Генетически детерминированное повышение вязкости бронхиального секрета и хроническая сине-гнойная инфекция приводят к снижению эффективности мукоцилиарного клиренса.
4. Нарушения мукоцилиарного транспорта способствуют формированию и прогрессированию бронхообструктивного синдрома у больных MB.

Литература

1. Бирюкова Р.Н. Статистика в клинических исследованиях. М.: Медицина; 1964. 98-99.
2. Гублер В.В. Вычислительные методы анализа и распознавание патологических процессов. Л.: Медицина; 1978; гл.4: 68-91.
3. Захарова Г.П., Шабалин В.В., Лащов А.А. Современные методы оценки нарушений мукоцилиарного транспорта в диагностике хронических риносинуситов. Вести, оторинолар. 1998; 4: 53-55.
4. Alberty J., Stoll W. The effect of antiallergic intranasal formulations on ciliary beat frequency of human nasal epithelium in vitro. Allergy 1998; 53: 986-989.
5. Bennett W.D., Olivier K.N.. Zeman K.L. et al. Effect of uridine 5'-triphosphate plus amiloride on mucociliary clearance in adult cystic fibrosis. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1996; 153 (6. pt 1): 1796-1801.
6. Clary-Meinesz C., Mouroux J., Huitorel P. et al. Ciliary beat frequency in human bronchi and bronchioles. Chest 1997; 111: 692-697.
7. Donovan B.Y., Lid В., Wong HuaMao. Mucociliary dysfunction: real and potential pathogenic mechanisms in mucus, ciliary activity and mucociliary interaction. Pediatr. Puirnonol. 1997; suppl.14: 108.
8. Hafner В., Davris S., Riechelmann H. et al. Endonasal sinus surgery improves mucociliary transport in severe chronic sinusitis. Am. J. Rhinol. 1997; 11 (4): 271-274.
9. Jorissen M., Willems Т., Van der Schueren B. Nasal ciliary beat frequency is age independent. Laryngoscope 1998; 108 (7): 1042- 1047.
10. Kollberg П., Mossberg В., Afzelius B.A. et al. Cystic fibrosis compared with the immotile-cilia syndrome. A study of mucociliary clearance, ciliary ultrastructure, clinical picture and ventilatory function. Scand. J. Respir. Dis. 1978; 59 (6): 297-306.
11. Lindberg S., Cervin A., Runer Т., Thomasson L. Recording of mucociliary activity in vivo: benefit of fast Fourier transformation of the photoelectric signal. Ann. Otol. (St.Louis) 1996; 105 (9): 734-745.
12. Nuesslein Т.О., Brechmann Т., Ruch S. et al. Formoterol increases ciliary beat frequency in nasal epithelium of cystic fibrosis patients. Eur. Respir. J. 1997; 10 (suppl.25): 269.
13. Rayner C.F., Rutman A., Dewar A. et al. Ciliary disorientation in patients with chronic upper respiratory tract. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1995; 151 (3, pt 1): 800-804.
14. Regnis LA., Robinson M., Bailey D.L. et al. Mucociliary clearance in patients with cystic fibrosis and in normal subjects. Ibid. 1994; 150 (1): 66-71."
15. Sanchis J., Dolovich M., Rossman C., Wilson W. Pulmonary mucociliary clearance in cystic fibrosis. N. Engl. J. Med. 1973; 288: 651-654.
16. Seybold Z.V., Abraham W.M., Gazeroglu H., Wanner A. Impairment of airway mucociliary transport by Pseudomonas aeruginosa products. Am. Rev. Respir. Dis. 1992; 146: 1173-1176.
17. Spock A., Heich H.M.C., Cress H. Abnormal serum factor in patients with cystic fibrosis of the pancreas. Pediatr. Res. 1967; 7: 173.
18. Taussig L.M. Cystic fibrosis. New York: Thieme-Stratton Inc.; 1984.
19. Tsang K.W.T., Ho PL., Sun J. et al. Sputum microbiology in steady active bronchiectasis. Eur. Respir. J. 1997; 10 (suppl. 25): 147.
20. Wanner A., Salathe M., O'Riordan Т.О. Mucocilyary clearance in the airways. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1996; 154: 1868-1902.
21. Wilson G.B., Fudetiberg H.H., Parise M.T., Floyd E. Cystic fibrosis ciliary dyskinesia substances and pulmonary disease. Effects of ciliary dyskinesia substances on neutrophil movement in vitro. J. Clin. Invest. 1981; 68 (1): 171-183.