Zastanawiasz się, jak wydać pracę doktorską, habilitacyjną lub monografie? Chcesz dokonać zmian w stylistyce i interpunkcji tekstu naukowego? Nic prostszego! Zaufaj Wydawnictwu Borgis - wydawcy renomowanych książek i czasopism medycznych. Zapewniamy przede wszystkim profesjonalne wsparcie w przygotowaniu pracy, opracowanie dokumentacji oraz druk pracy doktorskiej, magisterskiej, habilitacyjnej. Dzięki nam nie będziesz musiał zajmować się projektowaniem okładki oraz typografią książki.

© Borgis - Nowa Pediatria 5/1999
Marek Kulus, Wojciech Feleszko
Zapalenie alergiczne w drogach oddechowych
Allergic inflammation in respiratory tract
z Kliniki Pneumonologii, Chorób Alergicznych i Hematologii I Katedry Pediatrii AM w Warszawie
Kierownik Katedry: prof. dr hab. Danuta Chmielewska-Szewczyk
Wstęp
W chwili obecnej istnieje powszechna akceptacja poglądu, że astma oskrzelowa jest chorobą charakteryzującą się alergiczną reakcją zapalną w drzewie oskrzelowym. Nawet u chorych z astmą o łagodnym przebiegu można wykryć reakcję zapalną w błonie śluzowej oskrzeli. Ma to znaczne implikacje terapeutyczne. Stopień nasilenia reakcji zapalnej może być wskaźnikiem zastosowania odpowiedniego leczenia przeciwzapalnego. Pozwala również na ocenę skuteczności takiego leczenia. Potrzeba znalezienia obiektywnego wskaźnika ułatwiającego monitorowanie zapalenia jest bardzo duża. Metoda, której można by było użyć ma jednak znaczne ograniczenia. Musi być łatwa do wykonania, tania, i możliwa do stosowania w codziennej praktyce u dużej liczby chorych. Niestety obecne narzędzia jakimi dysponujemy nie spełniają w większości tych kryteriów. Można je podzielić najogólniej na bezpośrednie i pośrednie metody oceny reakcji zapalnej.
Metody oceny bezpośredniej reakcji zapalnej w oskrzelach
Bez wątpienia najwięcej informacji dotyczących toczącego się procesu zapalnego można uzyskać poprzez analizę patomorfologiczną wycinków pobranych z miejsca toczącego się procesu (3). Metodę tę można z powodzeniem zastosować w celu zbadania składu komórkowego nacieku zapalnego w astmie. Niestety, jedyną metodą uzyskania takiego wycinka jest badanie bronchoskopowe, w trakcie którego można pobrać materiał biopsyjny do badania jak również uzyskać popłuczyny oskrzelowo-pęcherzykowe (ang. Bronchoalveolar lavage – BAL). BAL mogą być także źródłem nieocenionych informacji dotyczących zarówno populacji komórkowych „przeciekających” do światła oskrzeli, jak również poziomu cytokin i innych markerów reakcji zapalnej (np. złuszczonych cząsteczek adhezyjnych). Co więcej, komórki uzyskane tą drogą, jeżeli zostaną poddane odpowiedniej obróbce mogą również służyć, jako materiał do badań nad ich funkcją już ex vivo (poza żywym, organizmem, w warunkach laboratoryjnych), co jednak będzie miało bezpośrednie odniesienie do sytuacji in vivo.
Przykładowo, w 6 godzin po teście prowokacyjnym (polegającym na podaniu uczulonemu pacjentowi wziewnie odpowiedniego alergenu) można stwierdzić znaczny obrzęk i zblednięcie śluzówki. Wykonana biopsja pozwala ocenić, że w utkaniu podśluzówkowym formuje się znaczny naciek komórkowy, złożony głównie z neutrofili i towarzyszących im eozynofili, komórek tucznych i limfocytów T (ryc. 1).
Ryc. 1. Zmiana w liczebności neutrofili, eozynofili, komórek tucznych oraz limfocytów T w obrębie śluzówki oskrzeli (komórki/mm2) po miejscowej prowokacji alergenem lub roztworem soli fizjologicznej.
Badanie takie jak powyższe wskazało na znaczny komponent eozynofilowy jako cechę charakterystyczną zapalenia alergicznego. Między innymi skutkiem tego odkrycia było poszukiwanie leków zdolnych do bardziej wybiórczego hamowania aktywacji eozynofili w drogach oddechowych. Ma to duże znaczenie zwłaszcza w astmie przewlekłej, w której nie zauważono większych zmian w ilości neutrofili w obrębie utkania podśluzowego w stosunku do stanu prawidłowego, a jedyne zmiany w odsetku napływających komórek dotyczyły właśnie eozynofili. Świadectwem pobudzenia komórek alergicznego nacieku zapalnego jest stwierdzenie w materiale biopsyjnym obecności typowych cytokin takich jak: czynnik martwicy nowotworów-α (TNF-α), interleukina-4 (IL-4), IL-5, a także czynnik aktywujący kolonie granulocytów i makrofagów (GM-CSF). W ostatnim okresie, pojawiło się także sporo doniesień o potencjalnie istotnym znaczeniu zmian w ekspresji cząsteczek adhezyjnych (np. zwiększoną ekspresję integryny ICAM-1 i E-selektyny, które odgrywają kluczową rolę w przyciąganiu komórek reakcji zapalnej) na komórkach nabłonkowych w zapaleniu alergicznym, jednakże nie wydaje się, ażeby te zmiany miały odegrać szczególną rolę w praktyce.
Jak wspomniano powyżej, także i badanie popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych wykazuje istnienie szeregu parametrów, których zmiany odnotowuje się w astmie na tle alergicznym. Przede wszystkim aktywowane komórki nacieku zapalnego charakteryzują się wysoką zdolnością do migracji i tą drogą przemieszczają się do światła oskrzeli, dzięki czemu mogą zostać „odzyskane” i poddane następnie badaniu w hodowli in vitro. Wiąże się to w sposób oczywisty z załamaniem się prawidłowej struktury nabłonka i jego złuszczaniem się do światła drzewa oskrzelowego. Wraz z komórkami w śluzie oskrzelowym, będącym głównym składnikiem BAL można zidentyfikować szereg substancji, będących produktami tych komórek takich jak: histamina czy tryptaza (pochodzące z komórek tucznych), kationowe białko eozynofili (ECP, pochodzące z eozynofili) a także całe spektrum cytokin prozapalnych, będących świadectwem pobudzenia głównie limfocytów pomocniczych (Th).
Najważniejszą informację dla lekarza stanowi fakt poważnych zmian ilościowych w większości z opisanych parametrów pod wpływem zastosowanego leczenia przeciwzapalnego, na przykład przy użyciu kortykosteroidów. Są one stwierdzane zarówno w materiale biopsyjnym jak również w BAL. Na przykład 8-tygodniowa sterydoterapia powodowała zmniejszenie nacieku zapalnego głównie w zakresie eozynofili i komórek tucznych (7), co korelowało z poprawą kliniczną ocenianą dodatkowo przy użyciu peak-flow metru. Wydaje się, że opisane metody bezpośredniej oceny toczącego się procesu zapalnego dobrze korelują ze stopniem zaawansowania choroby oraz z postępami w leczeniu ocenianymi poprzez poprawę stanu klinicznego pacjenta.
W ostatnich latach zwiększoną uwagę kieruje się na parametry świadczące o aktywacji limfocytów Th2, które odgrywają niekwestionowaną rolę w zapaleniu alergicznym.
Analogicznie do innych parametrów, stanowią one czuły wskaźnik zapalenia i można rejestrować zmiany w ilości cytokin typu Th2, takich jak IL-4, IL-5 i IL-10 wskutek leczenia hormonami sterydowymi (21) (ryc. 2).
Ryc. 2. Spadek ekspresji mRNA dla interleukiny (IL-5) w komórkach z popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych przed i po 2 tygodniach leczenia prednisolonem.
Niewątpliwą wadą tych metod jest ich znaczna inwazyjność a także względna trudność wykonania, co czyni ją dostępną tylko w wybranych jednostkach badawczych.
Metody oceny pośredniej reakcji zapalnej w oskrzelach
Metody te mają stanowić prostą do wykonania i tanią alternatywę dla opisanych powyżej bezpośrednich metod badawczych.
Markery zapalenia w krwi obwodowej
Zwiększony odsetek eozynofili w krążeniu a także obecność w surowicy ECP i szeregu cytokin prozapalnych jest stosunkowo łatwe do oceny i na ogół stwierdza się podwyższenie wartości tych parametrów u pacjentów z astmą (5). Niestety nie stanowią one dobrych markerów, pozwalających monitorować przebieg choroby, gdyż niektórzy pacjenci z astmą nie mają eozynofilii, a z drugiej strony eozynofilia jest częstym parametrem stwierdzanym w innych chorobach (np. inwazji pasożytniczej). Ponadto nie stwierdzono korelacji między zmianą poziomu ECP w surowicy, a przebiegiem choroby. Podobnie krytycznie należy się odnieść do badań wykazujących zmiany w stężeniu cząsteczek adhezyjnych (głównie E-selektyny i ICAM-1) oraz innych cząsteczek powierzchniowych (HLA-DR, CD25, VLA-4) w przebiegu astmy i w trakcie jej leczenia.
Markery zapalenia w plwocinie
Cały szereg parametrów dostępnych badaniom laboratoryjnym można uzyskać poddając analizie plwocinę, uzyskaną na przykład po inhalacji hipertonicznym roztworem NaCl (15). W pediatrii tę samą wydzielinę można uzyskać metodą aspiracji nosowo-gardłowych (ang. Naso-pharyngeal aspirates – NPA). Należy sądzić, że skład plwociny i NPA jest bardzo zbliżony do zawartości popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych dlatego też metoda ta może być doskonałym bezpośrednim wskaźnikiem toczącego się zapalenia alergicznego (12, 17). W plwocinie pacjentów z astmą można stwierdzić znacznie podwyższony odsetek eozynofili, neutrofili oraz makrofagów i złuszczonych komórek nabłonka. Zawiera ona także znacznie więcej histaminy (świadczącej o miejscowym pobudzeniu komórek tucznych) oraz ECP (będącej miernikiem wzmożonej aktywności eozynofili. Niezwykle ważnym parametrem z punktu widzenia immunologii zjawisk alergicznych dróg oddechowych jawią się cytokiny, głównie te, które świadczą o wysokiej aktywności limfocytów pomocniczych, przede wszystkim populacji Th2, a więc GM-CSF, IL-4, IL-5, IL-13, których podwyższony poziom jest także jednym ze zjawisk obserwowanych w astmie.
W tym miejscu należy podkreślić, że porównanie parametrów stanu zapalnego uzyskanych metodą indukowanej plwociny i metodą BAL wykazuje ich znaczną korelację a także czułość na zastosowane leczenie przeciwzapalne.
Niewątpliwym minusem tej metody jest jej czasochłonność i konieczność poddania jej ekspertyzie wysoko kwalifikowanego personelu badawczego. Dodatkowym obciążeniem jest możliwość wystąpienia bronchokonstrykcji u niektórych osób inhalujących hipertoniczny NaCl.
Badania czynnościowe układu oddechowego
Definicja astmy oskrzelowej zawiera pojęcie nadreaktywności oskrzeli (BHR). Z tego powodu często utożsamia się wzmożoną reaktywność oskrzeli z ich stanem zapalnym. Jest to związane między innymi z podobnym jak w zapaleniu ustępowaniem nadreaktywności po zastosowaniu wziewnych kortykosteroidów. Jednak BHR jest w pewnych sytuacjach niezależna od zapalenia i na przykład beta-mimetyki wziewne mogą blokować wystąpienia nadmiernej reakcji skurczowej na bodźce prowokujące podczas nieswoistego testu prowokacyjnego oskrzeli, bez wpływu na reakcję zapalną. Niektóre badania sugerują także, że BHR ma podłoże genetyczne, a gen nadreaktywności oskrzeli jest zlokalizowany w pobliżu genów związanych z występowaniem atopii, ale od nich niezależny (20). Pomimo tego zapalenie alergiczne i BHR wydają się być w większości sytuacji klinicznych w bardzo znacznym stopniu ze sobą powiązane. Potwierdzają to liczne badania oceniające reaktywność oskrzeli w powiązaniu z badaniami markerów stanu zapalnego (9, 11). Duża łatwość przeprowadzenia nieswoistych testów prowokacyjnych oskrzeli sprawia, że często pomija się przeprowadzanie bardziej swoistych dla oceny zapalenia badań. Należy jednak pamiętać o wynikających z tej metody ograniczeniach.
Jeszcze łatwiejsze do przeprowadzenia są badania czynnościowe układu oddechowego oceniające drożność oskrzeli. Pozbawione pewnych ograniczeń związanych z bezpieczeństwem przeprowadzenia testów prowokacyjnych, a także będąc mniej kosztowne i pracochłonne, są niestety ograniczone swoją niską swoistością i czułością. Oceniając przepływ w drogach oddechowych w sposób pośredni odzwierciedlają średnicę oskrzeli w stosunku do należnej. Podstawą jest ograniczenie przepływu wskutek takich cech zapalenia jak obrzęk, skurcz mięśniówki gładkiej oskrzeli i nadmierna produkcja wydzieliny. Cechy te mogą występować niestety w wielu innych stanach patologicznych oskrzeli i nie są charakterystyczne wyłącznie dla zapalenia alergicznego. Pozwalają jednak na zobiektywizowanie obserwacji w czasie badania fizykalnego u chorych na astmę oskrzelową. Szczególne znaczenie przypisuje się tutaj tzw. testom drobnych oskrzeli (16, 18).
Markery zapalenia w powietrzu wydychanym
Obiecująco zapowiadają się perspektywy oznaczania markerów zapalenia w powietrzu wydychanym. Bardzo liczne są doniesienia dotyczące oznaczania gazów takich jak tlenek azotu, tlenek węgla lub nadtlenek wodoru w kondensatach powietrza wydychanego.
Nabłonek oskrzeli chorych na astmę oskrzelową jest miejscem ekspresji indukowanej syntezy tlenku azotu (iNOS). INOS katalizuje produkcję tlenku azotu (NO) z L-argininy jako wynik jej pobudzenia przez mediatory zapalenia jak np. cytokiny i jest ona do tysiąca razy większa niż katalizowana przez konstytucyjne izoformy syntetazy tlenku azotu (cNOS) (22). Tlenek azotu powstający w ten sposób może być mierzony w powietrzu wydychanym, a jego stężenia są kilkakrotnie wyższe u chorych na astmę niż u zdrowych (1, 14). Jako, że w dużych ilościach jest on produkowany w górnych drogach oddechowych, a szczególnie w zatokach przynosowych, jego badanie w powietrzu wydychanym w celu oceny stanu oskrzeli musi zapobiegać zanieczyszczeniu pobieranego powietrza przez domieszki pochodzące z zatok. Kortykosteroidy podawane wziewnie u chorych na astmę oskrzelową powodują zmniejszenie stopnia ekspresji iNOS i zmniejszenie się stężeń tlenku azotu w powietrzu wydychanym (13), co jest wyrazem wygaszania reakcji zapalnej. Jednocześnie stężenia NO są niezależne od zmian średnicy oskrzeli wywołanych farmakologicznie (10) w przeciwieństwie do zmian powstających w wyniku reakcji z alergenem (19). Postuluje się więc oznaczanie NO w powietrzu wydychanym jako nieinwazyjnego testu oceniającego reakcję zapalną w oskrzelach, tym bardziej, że uzyskiwane wyniki są powtarzalne a test możliwy do przeprowadzenia nawet u chorych ze znacznie upośledzoną czynnością układu oddechowego (13).
Tlenek węgla (CO) jest wytwarzany w neuronach jako produkt enzymatycznego rozkładu hemu przez konstytucyjną izoformę oksygenazy hemowej (HO-2). Enzym ten zlokalizowany jest w neuronach ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego (4). Produkcja CO w komórkach układu nerwowego i jego wpływ na neurony oraz unerwione przez nie tkanki doprowadziła do sformułowania hipotezy, że podobnie jak tlenek azotu, tlenek węgla może być neuromediatorem wewnątrz- i zewnątrzkomórkowym (4, 6, 23). Podobnie do tlenu azotu, tlenek węgla wywiera swoje działanie efektorowe w układzie nerwowym i tkankach przez wiązanie z częścią hemową rozpuszczalnej izoformy cyklazy guanylowej (23). W wyniku tego dochodzi do tworzenia cyklicznego monofosforanu guanozyny (cGMP), który oddziałuje na centralny i obwodowy układ nerwowy a także inne tkanki, włączając w to działanie relaksujące na komórki mięśni gładkich (6). W niektórych pracach podkreśla się, że CO nie jest typowym neuromediatorem autonomicznego układu nerwowego a jego neuromodulatorem. Postuluje się, że moduluje przewodnictwo synaptyczne w zwojach przywspółczulnych oskrzeli a także w synapsach centralnych i obwodowych oraz zakończeniach nerwowych. Podobieństwo działania CO do tlenku azotu z zaangażowaniem cGMP w układzie oddechowym jest obecnie polem badań nad jego funkcją.
Stan zapalny oskrzeli powoduje także uwolnienie wolnych rodników i nadtlenków. Utleniające działanie tych cząsteczek na nabłonki jest jednym z patomechanizmów powstawania nadreaktywności oskrzeli. Jedna z nich – nadtlenek wodoru (H2O2) – jest uwalniana w oskrzelach pacjentów chorych na astmę oskrzelową (8). Źródłem H2O2 są pobudzone eozynofile i peroksydaza eozynofilowa (2). Wykrywanie H2O2 w kondensatach powietrza wydychanego może stanowić więc jedną z metod pośredniej oceny stanu zapalnego oskrzeli i ich nadreaktywności. Nie jest to jednak marker swoisty dla zapalenia alergicznego. Zwiększone stężenie zaobserwowano także w innych chorobach układu oddechowego jak zespół zaburzeń oddychania typu dorosłych, przewlekła obturacyjna choroba płuc a także u osób palących papierosy (2).
Piśmiennictwo
1. Alving K. et al.: Increased amount of nitric oxide in exhaled air of asthmatics. Eur. Respir. J. 1993, 6:1368-1370. 2. Antczak A. et al.: Increased hydrogen peroxide and thiobarbituric acid-reactive products in expired breath condensate of asthmatic patients. Eur. Respir. J. 1997, 10:1235-1241. 3. Bousquet J., Jeffery P.K.: Methods for assessment of airways inflammation. Eur. Resp. J. 1998, 11 (Supl. 26):1S-58S. 4. Canning B., Fischer A.: Localization of heme oxygenase-2 immunoreactivity to parasympathetic genglia of human and guineapig airways. Am. J. Respir. Cell mol Biol. 1998, 18:279-285. 5. Dahl R. et al.: Variations of blood eosinophils and eosinophil cationic protein in serum of patients with bronchial asthma. Studies during inhalation chalenge test. Alergy 1978, 33:211-15. 6. Dawson T., Snyder S.: Gases as biological messengers: nitric oxide and carbon monoxide in the brain. J. Neurosci 1994, 14:5147-5159. 7. Djukanovic R. et al.: Effect of an inhaled corticosteroid on airway inflammation and symptoms in asthma. Am. Rev. Resp. Dis. 1992, 145:669-74. 8. Dohlman A.W. et al.: Expired breath hydrogen peroxide is a marker of acute airway inflammation in pediatric patients with asthma. Am Rev. Respir. Dis. 1993, 148:955-960. 9. Ferguson A.C., Wong F.W.M.: Bronchial hyperresponsiveness in asthmatic children. Chest 1989, 96:988-992. 10. Garnier P. et al.: Exhaled nitric oxide during acute changes of airway calibre in asthma. Eur. Respir. J. 1996, 9:1134-1138. 11. Kay A.B. et al.: Inflammatory cells in early, late-phase and chronic asthma. Prog. Resp. Res. 1985, 19:211-218. 12. Keatings V.M. et al.: Cellular profiles in asthmatic airways: a comparison of induced sputum, bronchial washings, and bronchioalveolar lavage fluid. Thorax 1997, 52:372-374. 13. Kharitonov S.A. et al.: Changes in the dose inhaled steroid affect exhaled nitric levels in asthmatic patients. Eur. Respir. J. 1996, 9:196-201. 14. Kharitonov S.A. et al.: Increased nitric oxide in exhaled air of asthmatic patients. Lancet 1994, 343:133-5. 15. Kips J.C., Pauwels R.A.: Noninvasive indicators of airway inflammation: induced sputum in allergic diseases. Eur. Resp. J. 1998, 8:1095-97. 16. Kulus M., Milanowski A.: Czy można przewidzieć wynik testu prowokacyjnego oskrzeli u dzieci chorych na astmę? Pneum. Alerg. Pol. 1997, 65:469-478. 17. Lim S., Chung K.F.: Potential role of noninvasive markers of inflammation in clinical management of asthma. Eur. Reso. J. 1998, 8:1103-07. 18. Milanowski A.: Znaczenie badań czynnościowych obwodowych dróg oddechowych w okresie międzynapadowym astmy oskrzelowej u dzieci i młodzieży. Praca habilitacyjna AM w Warszawie 1984. 19. Persson M.G., Gustafsson L.E.: Allergen-induced airway obstruction in guinea-pigs is associated with changes in nitric oxide levels in exhaled air. Acta Physol. Scand. 1993, 149:461-466. 20. Postma D.S. et al.: Genetic susceptibility to asthma bronchial hyperresponsiveness coinherited with a major gene for atopy. N. Engl. J. Med. 1995, 333:894-900. 21. Robinson D.S.: Bronchoalveolar lavage as a tool for studying airway inflamation in asthma. Eur. Resp. J. 1998, 8:1072-1074. 22. Singh S., Evans T.W.: Nitric oxide, in the biological mediator of the decade: factor or fiction? Eur. Respir. J. 1997, 10:699-707. 23. Verma A. et al.: Carbon monoxide: a putative neural messenger. Science 1993, 259:381-384.
Nowa Pediatria 5/1999
Strona internetowa czasopisma Nowa Pediatria