Concentration of essential chemical elements in whole blood and in paranasal sinuses mucosa is related to chronic rhinosinusitis severity in children

Full Text

ХРС – хронический риносинусит.

ВВЕДЕНИЕ

Хронический риносинусит (ХРС) представляет собой воспалительное заболевание полости носа и околоносовых пазух. В патогенезе ХРС важную роль играют иммунный дисбаланс, нарушения мукоцилиарного клиренса, барьерной функции эпителия, а также особенности взаимодействия с микробными патогенами [1].

Эссенциальные микроэлементы играют значительную роль в формировании иммунитета. Так, цинк [2] и селен [3] необходимы для нормального развития иммунной системы и ее функционирования, тогда как их дефицит связан с широким спектром иммунопатологических реакций. В свою очередь, медь, железо и марганец, помимо участия в формировании ответных иммунных реакций, являются компонентами так называемого пищевого иммунитета (“nutritional immunity”) [4]. В этой связи в ряде исследований была продемонстрирована ассоциация между нарушением обмена химических элементов и развитием синоназальной патологии при хроническом риносинусите. В частности, отмечено, что пациенты с ХРС характеризуются снижением сывороточной концентрации меди и цинка [5]. В то же время данных, характеризующих особенности обмена эссенциальных элементов при хроническом риносинусите, а также их взаимосвязь с тяжестью синоназальной патологии, крайне недостаточно.

ЦЕЛЬ

Изучение взаимосвязи концентрации эссенциальных химических элементов в цельной крови детей с их содержанием в образцах патологически измененной слизистой оболочки околоносовых пазух и тяжестью хронического риносинусита.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова. Все процедуры проведены в соответствии с этическими принципами, установленными Хельсинкской декларацией от 1964 г. и ее последующими правками. Перед включением в исследование было получено письменное информированное согласие законных представителей обследуемых детей.

В исследование вошло 154 ребенка в возрасте от 6 до 17 лет, в том числе 88 детей (55 мальчиков и 33 девочки) с диагнозом хронический риносинусит, которые были подвергнуты эндоскопическим риносинусохирургическим вмешательствам, а также 66 здоровых обследуемых (46 мальчиков и 20 девочек), составивших контрольную группу. Обследование и лечение детей проводилось в СПб ГБУЗ «Детский городской многопрофильный клинический центр высоких медицинских технологий им. К.А. Раухфуса».

В исследование были включены дети, проживающие в Санкт-Петербурге в течение последних трех лет. Критериями исключения являлись: наличие острой травматической или хирургической патологии, предшествующие операции в полости носа и околоносовых пазухах, наличие металлических имплантатов.

Образцы цельной крови забирались утром натощак из локтевой вены с использованием пробирок 9-ml Vacuette tubes (Greiner Bio-One International AG, Austria).

Эндоскопическое исследование слизистой оболочки носа и околоносовых пазух, а также получение образцов тканей в процессе выполнения функциональной риносинусохирургической операции осуществлялось с использованием оборудования Karl Storz (Karl Storz, GmbH & Co. KG, Tuttlingen, Germany). Интраоперационный материал, представляющий из себя патологически измененную слизистую оболочку околоносовых пазух, забирался щипцами Blakesley.

Для интегральной оценки эндоскопических признаков синоназальной патологии использована шкала Lund – Kennedy. Компьютерная томография (КТ) околоносовых пазух проводилась с помощью КТ-сканнера Somatom Emotion (Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany) с последующей оценкой результатов по шкале Lund – Mackay.

Эндоскопическое и томографическое исследование, а также забор образцов слизистой оболочки носа осуществлялись только у пациентов с ХРС, но не у здоровых обследуемых в связи с необоснованностью применения инвазивных методов исследования. В то же время как у пациентов, так и у здоровых обследуемых проводилась оценка качества жизни посредством опросника SNOT-20 (Sino-Nasal Outcome Test-20).

Определение содержания эссенциальных макро- (кальций, магний) и микроэлементов (медь, железо, марганец, селен, цинк) в цельной крови осуществлялось методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе NexION 300D (PerkinElmer Inc., Shelton, CT 06484, USA), оснащенном 7-портовым клапаном и ESI SC-2 DX4 автоматическим дозатором (Elemental Scientific Inc., Omaha, NE 68122, USA). Калибровка системы осуществлялась с использованием наборов Universal Data Acquisition Standards Kits (PerkinElmer Inc., Shelton, CT 06484, USA). Контроль качества проводился посредством анализа стандартных референтных образцов цельной крови ClinCheck Whole Blood Controls (RECIPE Chemicals + Instruments GmbH, Germany).

Статистический анализ полученных данных проводился с использованием программного пакета Statistica 11.0 (Statsoft, Tulsa, OK, USA). Данные представлены в виде средней арифметической величины и соответствующих значений стандартного отклонения. Групповой анализ осуществлялся с использованием U-критерия Манна – Уитни. Корреляционный анализ проводился с использованием коэффициента Пирсона (r) для оценки независимых взаимосвязей между маркерами синоназальной патологии и концентрацией химических элементов в цельной крови. Результаты всех тестов считались достоверными при p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Анализ качества жизни детей с ХРС посредством опросника SNOT-20 выявил на 68% более высокие значения у пациентов по сравнению с контрольными обследуемыми (35,3 ± 9,6 vs 20,9 ± 1,5 балла, p < 0,001). Эндоскопическое исследование полости носа и компьютерная томография околоносовых пазух также подтвердили диагноз хронического риносинусита. При этом оценка по шкалам Lund – Mackay, Lund – Kennedy справа и слева у обследуемых пациентов составляла 8,28 ± 3,6, 4,07 ± 1,43, и 3,89 ± 1,46 соответственно.

Анализ цельной крови методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (таблица 1) продемонстрировал выраженное влияние ХРС на обмен химических элементов. В частности концентрация кальция, селена и цинка в цельной крови пациентов была ниже таковой в группе здоровых обследуемых на 6%, 28% и 20% соответственно. Снижение уровня магния в цельной крови, составляющее 3% от контрольных показателей, также являлось статистически значимым.

 

Таблица 1. Концентрация эссенциальных макро- и микроэлементов (мкг/мл) в цельной крови детей с хроническим риносинуситом и здоровых сверстников

Table 1. Concentration of essential macro- and microelements (mcg/ml) in whole blood of children with chronic rhinosinusitis and healthy peers

Элемент	Контроль	ХРС	p value
Ca	63.02 ± 6.74	59.28 ± 4.93	0.010 *
Cu	0.869 ± 0.174	0.873 ± 0.202	0.581
Fe	502.88 ± 67.11	499 ± 40.52	0.564
Mg	36.59 ± 4.47	35.49 ± 2.41	0.024 *
Mn	0.0137 ± 0.0099	0.0140 ± 0.0045	0.154
Se	0.147 ± 0.052	0.107 ± 0.025	< 0.001 *
Zn	5.79 ± 0.88	4.68 ± 0.76	< 0.001 *

Данные представлены в виде средней величины и соответствующих значений стандартного отклонения; * – достоверность отличий

при p < 0,05

 

Анализ содержания химических элементов в образцах патологически измененной слизистой оболочки околоносовых пазух снижался в следующем ряду:Ca > Mg = Fe > Zn > Cu> Mn > Se (таблица 2). В то же время стоит отметить высокую вариабельность данных показателей, превышающую 100% для уровня Cu, Ca, Mg, Fe, и Zn в исследуемых образцах.

 

Таблица 2. Содержание химических элементов в образцах патологически измененной слизистой оболочки околоносовых пазух (мкг/г) у детей с хроническим риносинуситом

Table 2. The content of chemical elements in samples of paranasal sinuses pathologic mucosa (mcg/g) in children with chronic rhinosinusitis

Элемент	Медиана (IQR)	Средняя±SD	Мин.	Макс.	CV %
Ca	823,5 (148 - 26470)	20,121,6 ± 38,253,9	62,4	187,519,1	190
Cu	0,909 (0,74 - 1,14)	1,504 ± 3,768	0,070	29,280	251
Fe	125 (29 - 297)	224,5 ± 298,8	7,2	1429,0	133
Mg	125,5 (71,3 - 506)	396,2 ± 564,1	33,9	2498,0	142
Mn	0,14 (0,10 - 0,21)	0,175 ± 0,134	0,030	0,730	76
Se	0,132 (0,09 - 0,17)	0,145 ± 0,092	0,007	0,480	63
Zn	12,4 (7,3 - 38,2)	24,8 ± 26,4	0,006	115,000	106
CV – коэффициент вариабельности

 

Корреляционный анализ продемонстрировал, что только содержание селена в цельной крови показало достоверно значимую ассоциацию с уровнем данного элемента в интраоперационных биоптатах слизистой оболочки околоносовых пазух (r=0.295; p=0.034).

В свете выявленных отличий информативность анализа содержания химических элементов в цельной крови в отношении определения тяжести синоназальной патологии оценивалась с помощью множественной линейной регрессии. Установлено, что содержание селена отрицательно взаимосвязано с суммарной оценкой по SNOT-20, тогда как уровень меди в образцах тканей может рассматриваться в качестве положительного предиктора увеличения SNOT-20.

Важно отметить, что данные корреляции были достоверны с учетом поправки на пол и возраст обследуемых, последний из которых также был положительно взаимосвязан с величиной SNOT-20. Содержание селена, а также кальция в цельной крови также было обратно ассоциировано с суммарной оценкой по шкале Lund – Mackay, основанной на оценке эндоскопической картины полости носа. Напротив, уровень магния характеризовался положительной ассоциацией с данным параметром на границе статистической значимости. Интересно, что оценка признаков синоназальной патологии по шкале Lund – Kennedy была в меньшей степени связана с концентрацией химических элементов в цельной крови обследуемых. Так, лишь концентрация марганца была положительно ассоциирована с выраженностью патологических явлений с правой половиной носа. В свою очередь, ни один из исследуемых химических элементов не был связан с оценкой по шкале Lund – Kennedy слева.

Суммарная предиктивная значимость моделей была достоверной для определения вариабельности SNOT-20 (модель 1), а также приближалась к границе статистической значимости для суммарной оценки по шкале Lund – Mackay (модель 2). В то же время модели, построенные на основании данных о содержании химических элементов в цельной крови пациентов, не обладали сколько-нибудь значимой предиктивной способностью в отношении оценки по шкале Lund – Kennedy с обеих сторон.

 

Таблица 3. Множественный линейный регрессионный анализ взаимосвязи между маркерами синоназальной патологии и содержанием химических элементов в цельной крови

Table 3. Multiple linear regression analysis of the correlation between markers of sinonasal pathology and the content of chemical elements in whole blood

Параметр	SNOT-20 (общее)		Lund – Mackay (общее)		Lund – Kennedy (справа)		Lund – Kennedy (слева)
	â	p	â	p	â	p	â	p
Пол	-0,105	0,317	-0,120	0,365	-0,029	0,831	-0,099	0,468
Возраст	0,239	0,016 *	-0,088	0,477	-0,117	0,364	-0,169	0,190
Ca	-0,178	0,056	-0,249	0,037 *	-0,200	0,101	-0,123	0,309
Cu	0,299	0,003 *	0,014	0,908	-0,067	0,599	-0,119	0,353
Fe	0,054	0,624	0,146	0,300	0,033	0,821	0,006	0,966
Mg	-0,103	0,292	0,249	0,047 *	-0,045	0,726	-0,206	0,110
Mn	0,015	0,881	0,178	0,158	0,291	0,027 *	0,153	0,239
Se	-0,337	0,003 *	-0,411	0,005 *	-0,164	0,266	-0,050	0,734
Zn	-0,149	0,111	0,005	0,964	-0,066	0,591	-0,063	0,604
р модели	< 0,001 *		0,097		0,328		0,317

Данные представлены в виде коэффициента регрессии (â) и соответствующих значений р; * – взаимосвязь достоверна при p < 0,05

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты исследования продемонстрировали, что дети с ХРС характеризуются снижением уровня кальция, магния, селена и цинка в цельной крови. В то же время только концентрация селена в цельной крови была достоверно связана с его уровнем в тканях, а также качеством жизни пациентов и эндоскопическими признаками синоназальной патологии, что может свидетельствовать о роли локальных нарушений обмена селена непосредственно в слизистой оболочке околоносовых пазух в развитии ХРС.

Данные наблюдения частично согласуются с результатами ранее проведенных исследований, свидетельствующих о снижении уровня цинка и селена в ткани назальных полипов по сравнению со здоровыми тканями [6]. Можно предположить, что наблюдаемые взаимосвязи обусловлены ролью селена в функционировании иммунной системы и редокс-гомеостаза [3].

Экспериментальные исследования продемонстрировали, что орошение слизистой оболочки носа селенсодержащим раствором снижало проницаемость сосудистого русла, отек слизистой оболочки, а также экспрессию муцина Muc5ac в модели ЛПС-индуцированного риносинусита [7]. В свою очередь дефицит селена оказывает негативное влияние на морфологию эпителиальных клеток и способствует повышению продукции слизи, ассоциированному с индукцией экспрессии Muc5AC мРНК [8].

Ассоциация между снижением уровня цинка в организме и развитием ХРС может быть обусловлена не только его ролью в регуляции воспалительного ответа и редокс-гомеостаза, но и в функционировании мукоцилиарного клиренса [9]. Так, показано, что цинк способен повышать частоту биения цилий по кальцийзависимому механизму [10]. Соответственно дефицит цинка связан с повышением проницаемости эпителиального барьера посредством отрицательного влияния на экспрессию белков плотных контактов, что играет значительную роль в патогенезе ХРС [11].

В свою очередь как кальций, так и магний играют ключевую роль в функционировании мукоцилиарного аппарата, принимая непосредственное участие в биении цилий [12].

Интересным является факт, что концентрация марганца в цельной крови характеризовалась положительной взаимосвязью с тяжестью синоназальной патологии. Данное наблюдение может быть обусловлено индукцией снижения длины и количества цилий, а также дегенерацией эпителия слизистой оболочки носа при избыточном воздействии марганца [13].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, результаты настоящего исследования свидетельствуют о возможной роли нарушений обмена кальция, магния, цинка и селена в развитии и прогрессировании ХРС. Данная взаимосвязь может быть обусловлена влиянием микроэлементов на функционирование мукоцилиарного аппарата [14]. Коррекция нарушений обмена эссенциальных макро- и микроэлементов может являться одним из компонентов патогенетически-обоснованного повышения эффективности лечения хронических риносинуситов у детей.

Конфликт интересов: все авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

About the authors

Svetlana I. Alekseenko

St. Petersburg Research Institute of Ear, Throat, Nose and Speech; North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov; St. Petersburg Children’s municipal multi-specialty clinical center of high medical technology named after K.A. Rauhfus

Author for correspondence.
Email: svolga-lor@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3377-8711

PhD, Associate professor, Chief researcher at the Department of high-technology treatment methodology development; Associate professor of the Chair of Otorhinolaryngology; Head of the ENT department

Russian Federation, St. Petersburg

Vladimir V. Dvoryanchikov

St. Petersburg Research Institute of Ear, Throat, Nose and Speech

Email: v.v.dvoryanchikov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0925-7596

PhD, Professor, Director

Russian Federation, St. Petersburg

Anatolii V. Skalny

Sechenov First Moscow State Medical University; RUDN University

Email: skalny3@microelements.ru
ORCID iD: 0000-0001-7838-1366

PhD, Professor, Head of the Department of Medical Elementology; Head of the Laboratory of Molecular Dietetics

Russian Federation, Moscow

Igor A. Anikin

St. Petersburg Research Institute of Ear, Throat, Nose and Speech; St. Petersburg Children’s municipal multi-specialty clinical center of high medical technology named after K.A. Rauhfus

Email: dr-anikin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2977-2656

PhD, Professor; Head of the Department of high-technology treatment methodology development

Russian Federation, St. Petersburg

Vadim S. Isachenko

Military Medical Academy named after S.M. Kirov

Email: lor_vma@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9090-0413

PhD, Associate professor of the Chair of Otorhinolaryngology

Russian Federation, St. Petersburg

Aleksei A. Tinkov

Sechenov First Moscow State Medical University; RUDN University

Email: tinkov.a.a@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0348-6192

PhD, Associate professor, Department of Medical Elementology; Chief researcher at the Laboratory of Molecular Dietetics

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files