Иммунные механизмы формирования патологии органов дыхания при хронической интоксикации фтором и его соединениями

Введение

В мировой промышленности алюминиевое производство по-прежнему занимает лидирующие позиции в структуре цветной металлургии. На алюминиевых заводах России работают в настоящее время более 60 тыс. человек [1]. Производство алюминия – трудоёмкий многоступенчатый процесс, сопровождающийся воздействием комплекса вредных производственных факторов, среди которых фтор и его соединения, шум, общая и локальная вибрация, неблагоприятный микроклимат, смолистые вещества, электромагнитные поля, физические перегрузки [2]. Несмотря на постоянное совершенствование процессов очистки рабочих залов и переход на современную технологию предварительно обожжённых анодов, уровень загрязнения воздуха в цехах остаётся высоким. Наряду с выбросами фторида натрия в воздухе обнаруживаются такие компоненты, как глинозём (оксид алюминия), криолит, фторуглеродистые соединения, сажа и её компоненты.

Изученные агломераты частиц представляют собой кристаллы дезинтеграции с заострёнными гранями и округлые кристаллы конденсации. В составе частиц обнаружен не только гидрофторид, но и железо, никель, хром, сера и другие микроэлементы. Преобладают частицы респирабельного размера до 10 мкм, в том числе ультратонкие частицы до 0,5 мкм, и наночастицы (60–100 нм). Именно наночастицы промышленных аэрозолей выступают фактором развития профессиональных болезней системы органов дыхания [3, 4]. Определение уровней нерастворимых фторидов в цехах с технологией самообжигающихся анодов и технологией предварительно обожжённых анодов показало, что превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) в рабочих зонах электролизников, анодчиков, машинистов крана и операторов практически было примерно одинаковым и превосходило ПДК в 1,5–2,5 раза [1].

Традиционные представления о хронической профессиональной интоксикации соединениями фтора (ХПИСФ) как о токсическом факторе поражения опорно-двигательного аппарата, с учётом полного анализа воздуха основных рабочих мест производства алюминия, не дают информации о поражении лёгких респирабельными, ультратонкими частицами и наночастицами аэрозольных смесей. Тем не менее патологии нижних дыхательных путей наиболее распространены среди работников алюминиевых заводов [5, 6]. В основе поражения лёгких соединениями фтора лежат окислительный стресс, активация белков острой фазы и активных форм кислорода (АФК), приводящие к разрушению мембран клеточных элементов крови, гемостазу и нарушению микроциркуляции. Действие соединений фтора проявляется в индукции апоптоза в лейкоцитах, фибробластах, альвеолоцитах, эпителиальных клетках лёгкого [7–9]. В слизистых оболочках дыхательных путей работников, подвергающихся воздействию фтора и его соединений более 6 лет, происходят атрофические катаральные изменения. Основные патологии у алюминщиков – хронический необструктивный бронхит, хроническая обструктивная болезнь лёгких (ХОБЛ), бронхиальная астма и бронхит с астматическим компонентом [10–12]. Влияние фтора проявляется также ослаблением иммунной защиты лёгких: такие пациенты больше предрасположены к инфекционным болезням, что было продемонстрировано в экспериментальном исследовании Shoju Yamamoto. Бактерицидная активность лёгких в ответ на адгезию золотистого стафилококка была снижена за счёт меньшей выработки альвеолярных макрофагов при длительном действии концентрации фторида 5 и 10 мг/м³ [1].

Токсическое воздействие фтора на иммунитет проявляется в поражении органов иммунной системы (тимус, селезёнка), развитии патологических молекулярных реакций с угнетением клеточного и гуморального иммунитета [7].

Таким образом, целью исследования стало изучение иммунных механизмов в формировании патологии органов дыхания при хронической интоксикации фтором и его соединениями.

Материалы и методы

На базе ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний» (НИИ КПГПЗ) нами обследован 121 работник алюминиевого завода, из них 83 человека (68,59%) с установленным диагнозом ХПИСФ (проявляющейся остеопатией длинных трубчатых костей и позвоночника) без сопутствующей патологии лёгких и 21 человек (17,35%) с ХПИСФ в сочетании с патологией лёгких. В группу контроля вошли длительно работающие в контакте с фтором и его соединениями, не имеющие клинических признаков хронической профессиональной интоксикации соединениями фтора (42 человека; 34,71%), и рабочие алюминиевого завода с болезнями органов дыхания без ХПИСФ (17 человек; 14,04%). Патологии лёгких были представлены хроническим бронхитом и хронической обструктивной болезнью лёгких. Все обследованные – мужчины, возраст от 29 до 63 лет, средний возраст 52,39 ± 0,37 года, стаж работы 24,84 ± 0,39. Группы сопоставимы по стажу работы: у пациентов с ХПИСФ без сопутствующей патологии лёгких стаж работы составил 24,9 ± 0,71 года, у работников с ХПИСФ в сочетании с патологией лёгких – 25,3 ± 0,93 года (р = 0,77). В группах контроля также не выявлено достоверных различий в стаже работы с превышением концентраций соединений фтора (пациенты без признаков ХПИСФ и респираторной патологии – 24,9 ± 0,8 года и пациенты с респираторной патологией без ХПИСФ – 24,8 ± 0,58 года (р = 0,98)).

У обследованных пациентов с ХПИСФ болезнь лёгких была признана проявлением основной профессиональной патологии наряду с остеопатией длинных трубчатых костей и позвоночника; у работников с патологией лёгких без ХПИСФ связь болезней органов дыхания с профессией ранее не была установлена.

Участникам исследования проведены физикальные обследования, лабораторная диагностика, включающая общий клинический анализ крови, анализ иммунного статуса, острофазовых показателей воспаления (СРБ), а также выполнена коагулограмма. Общий клинический анализ крови выполняли на автоматическом гематологическом анализаторе МЕК 7222 (Nihon Kohden, Япония). Определение С-реактивного белка (СРБ, мг/л) осуществляли иммунотурбидиметрическим методом на автоматическом анализаторе Сапфир 400 (Tokyo Boeki, Япония). Для работы использовали наборы фирмы АО «Вектор-Бест» (Россия). Показатели коагуляционного гемостаза [фибриноген (ФГ, г/л), активированное частичное тромбопластиновое время (АЧТВ, с), протромбиновое время (ПВ, с)] определяли на автоматическом коагулометре Sysmex CA 500 (Sysmex, Япония). Протромбиновое отношение (ПО) рассчитывали по формуле: ПО = ПВ больного/ПВ контрольной плазмы. Растворимые фибрин-мономерные комплексы (РФМК, мг%) определяли о-фенантролиновым методом («Технология-Стандарт», Россия). Фибринолитическую систему оценивали по времени XIIa-калликреин-зависимого фибринолиза (XIIa-КЗФ, мин) в фибринолиз-тесте («Технология-Стандарт», Россия). Вычисление иммуноглобулинов IgA, IgM, IgG проводили иммунотурбидиметрическим методом на автоматическом биохимическом анализаторе Сапфир 400 (Япония) с помощью наборов фирмы АО «Вектор-Бест» (Россия). Иммунофенотипировование относительного и абсолютного количества CD3⁺, CD4⁺, CD8⁺, CD20⁺, CD16⁺, CD19⁺ выполняли с использованием детектирующих моноклональных антител фирмы Beckman Coulter производства США на проточном цитометре FC 500. Дополнительно был рассчитан иммунорегуляторный индекс (IRI) – соотношение CD4⁺/CD8⁺.

Статистическая обработка результатов проведена с помощью пакета прикладных программ Statistica (версия 10.0) с вычислением критерия Стьюдента с использованием поправки Бонферрони для сравнения трёх и более групп. Уровень критерия достоверности р < 0,05.

Результаты

Общий и биохимический анализ крови достоверных различий в показателях, отражающих воспалительную реакцию (уровни лейкоцитов, СОЭ, СРБ, фибриногена), и свёртываемости крови (РФМК, XIIа-зависимый фибринолиз) в изучаемых группах не выявил (табл. 1). Однако в группе работников с ХПИФС протромбиновое отношение было больше, чем в контроле (р = 0,02).

Выявлены достоверные различия в показателях иммунного статуса работников алюминиевого производства (табл. 2). Видна достоверная разница в показателях СD19⁺ (177,54 ± 12,34 против 230,51 ± 11,06 и 224,89 ± 7,94 соответственно), иммуноглобулина G (10 ± 0,33 против 11,92 ± 0,4 и 11,49 ± 0,22 соответственно) и фагоцитарного индекса (36,37 ± 3,83 против 54,74 ± 3,57 и 49,72 ± 2,35 соответственно) у лиц с сочетанным поражением ХПФИС и патологией лёгких в сравнении с группой контроля и группой работников с ХПИФС без поражения лёгких. Также уровни CD19⁺, IgG и фагоцитарная активность нейтрофилов (ФАН) достоверно ниже при сочетанной патологии лёгких с ХПИФС в сравнении с остальными группами. Выявлено достоверное различие между пациентами с ХПИФС и патологией лёгких и обследованными лицами с патологией лёгких без фтористой интоксикации в сторону снижения CD19⁺ (177,54 ± 12,34 против 251,84 ± 39,8 соответственно; р = 0,01) и IgG (10 ± 0,33 против 11,51 ± 0,5 соответственно; р = 0,01).

Обсуждение

Многочисленные исследования показывают, что фтор – высокотоксичное вещество, способное вызывать значимые нарушения биохимических компонентов организма (начиная с транспорта кислорода и заканчивая синтезом макроэргических соединений), что приводит к гибели клеток различных органов и систем. Фторсодержащие соединения выступают в роли токсического фактора, влияющего на метаболизм, активируя программируемый апоптоз. Безусловно, их воздействие на организм зависит от концентраций и длительности воздействия [13]. Соединения фтора повышают уровень клеточных маркёров воспаления [14]. В нашем исследовании значимых увеличений количества лейкоцитов, концентраций СРБ, фибриногена в сыворотке крови, а также СОЭ у работников выявлено не было, как и различий между изучаемыми группами.

В эксперименте доказаны активация медиаторов воспаления и развитие иммунологических нарушений, которые способствуют формированию системной воспалительной реакции [15]. Токсическое действие фтора на иммунитет происходит на разных уровнях: запуск апоптоза клеток тимуса, повреждение его эпителиальных клеток с изменением экспрессии генов, стимулирующих продукцию Т-лимфоцитов и иммуномодулирующих цитокинов, что приводит к снижению количества СD4⁺ и CD8⁺ Т-клеток тимуса, а также уровней иммунорегуляторных цитокинов IL-2, IL-10 [16]. Повреждению фторидами подвержен и второй крупный орган иммунной системы – селезёнка. Фторид ингибирует деление клеток селезёнки, снижая её иммунный индекс, способствует апоптозу, запуску окислительного стресса. Влияние фтора на отдельные кластеры иммунных клеток проявляется в виде нарушения поляризации макрофагов, снижения дифференцировки М2, активации системы перекисного окисления липидов, митохондриальной дисфункции. При исследовании на мышах было выявлено значительное снижение в результате воздействия фторида натрия фракции В-лимфоцитов в селезёнке и слизистой оболочке кишечника. Длительное действие фторидов ингибирует секрецию иммуноглобулинов А, М, G [17].

Повреждение лёгочной ткани в экспериментальных исследованиях выявило застойные явления, утолщение и разрыв межальвеолярных перегородок, увеличение процентного содержания коллагена и макрофагов в лёгочной ткани, десквамацию эпителия и некроз лёгочной ткани [18]. Проведённое нами исследование подтверждает данные литературных источников и экспериментальных исследований: выявлены снижение CD19⁺ как отражение угнетения гуморального звена иммунитета и снижение иммуноглобулина G у пациентов с диагнозом ХПИФС и поражением лёгких. СD19⁺ отражают уровень B-лимфоцитов и характеризуют гуморальный иммунитет, ответственный за борьбу с инфекционными агентами. Иммуноглобулин G составляет до 80% всех иммуноглобулинов, обеспечивая долговременный иммунитет к большинству инфекций бактериальной и вирусной этиологии [19]. Фагоцитарный индекс отражает работу клеточного иммунитета, указывая на количество фагоцитов, задействованных в поглощении чужеродных для макроорганизма агентов (бактерий, вирусов). Снижение показателей CD19⁺ и ФАН свидетельствует об уменьшении активности как гуморального, так и клеточного иммунитета у лиц с хронической профессиональной интоксикацией фтором и поражением лёгких. Снижение иммуноглобулина G подтверждает глубокое истощение иммунных долгосрочных механизмов защиты у данной категории пациентов. Наиболее выраженное снижение показателей в группах с ХПИФС и поражением лёгких в сравнении с рабочими без развития хронической профессиональной интоксикации фтором указывает на токсическое действие фтора как агента, приводящего к истощению иммунных механизмов защиты и увеличивающего риск развития коморбидных патологий, таких как болезни лёгких.

Таким образом, выявлены иммунные механизмы формирования патологии органов дыхания (хронический бронхит, хроническая обструктивная болезнь лёгких) у работников алюминиевого производства с хронической профессиональной интоксикацией фтором и его соединениями. Можно предположить вероятный профессиональный или профессионально обусловленный характер болезней лёгких у обследованных работников с патологиями органов дыхания без установленного диагноза ХПИСФ, что требует дополнительного обследования и экспертизы связи болезни с профессией.

Ограничения исследования. Данное исследование лимитировано выборкой работников основных профессий алюминиевой промышленности и проведено в период обследования в клинике ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний».

Заключение

У пациентов с сочетанием ХПИСФ с патологией органов дыхания (хронический бронхит, ХОБЛ) отмечено формирование иммунной недостаточности гуморального типа: снижение количества В-лимфоцитов (CD19⁺) и снижение уровня сывороточного иммуноглобулина G, а также снижение фагоцитарной активности нейтрофилов. Различия выявлены в сравнении с пациентами с изолированными ХПИФС, патологией органов дыхания, а также с лицами контрольной группы.