Изучение защитных антибактериальных механизмов у детей, проживающих в условиях воздействия выбросов предприятия черной металлургии

Известно, что техногенные химические факторы негативно влияют на состояние здоровья населения, и, прежде всего, детей. Так, у детей, проживающих в зоне аэрогенного воздействия выбросов промышленных предприятий, отмечаются нарушения функций иммунной системы, как следствие, гораздо чаще регистрируются различные заболевания органов дыхания, а также аллергические состояния [2, 3, 5, 10—12]. Одним из таких проявлений негативных воздействий поллютантов может служить высокий уровень стафилококкового бактерионосительства у детей экологически неблагоприятных регионов, связанный со снижением эффективности иммунитета [1, 6]. Резидентное стафилококковое бактерионосительство можно рассматривать как одно из первых проявлений нарушения антибактериальной защиты, которое формируется на фоне снижения резистентности организма [8, 9, 12—19]. Колонизация носоглотки детей S. aureus в свою очередь может обусловливать их транслокацию в органы и ткани, где эти бактерии вызывают различные гнойно-воспалительные заболевания, от локальных кожных до тяжелых системных инфекций, включая пневмонию, эндокардит, менингит и сепсис [4, 13, 15]. При этом вопрос о негативном воздействии металлополютантов на различные звенья иммунной системы остается недостаточно изученным.

Цель исследования — оценка частоты встречаемости бактерионосительства S.aureus и состояния факторов клеточного, гуморального, а также местного иммунитета у детей, проживающих в условиях воздействия отходов предприятия черной металлургии.

Проведены изучение частоты встречаемости стафилококкового бактерионосительства и комплексный анализ состояния факторов местного, гуморального и клеточного иммунитета у 79 детей, проживающих в условиях воздействия выбросов предприятия черной металлургии (группа наблюдения). Группу сравнения составили 75 детей, проживающих на территории, свободной от воздействия промышленных вредных веществ. Дети обеих групп были в возрасте от 3 до 7 лет, сопоставимы по полу. Исследования проводили после получения положительного заключения комитета по этике при ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН».

Всем детям выполнены бактериологическое (на носительство S. aureus) и иммунологическое обследования.

Для бактериологического исследования стерильными тампонами параллельно забирали отделяемое из полости носа (ПН) и зева (ПЗ) в 1 мл забуференного физраствора (pH=7,2), материал центрифугировали (150 g) в течение 15 мин. Супернатант засевали на желточно-солевой (ЖСА) и кровяной агары, выделение и идентификацию культур S. aureus проводили в соответствии с рекомендациями Приказа МЗ СССР №535 от 1985 г. Наряду с бактериологическим исследованием в супернатанте определяли показатели местного иммунитета — уровень секреторного иммуноглобулина (sIgA) и лактоферрина (Лф) с использованием коммерческих тест-систем для ИФА производства «Вектор-бест» (Новосибирск). Стандартизацию супернатантов проводили по белку. Уровень белка определяли с помощью коммерческого набора (Human).

Исследование иммунного статуса также включало CD-фенотипирование лейкоцитов и анализ их фагоцитарной активности, определение концентрации общих IgA, IgG. Наряду с этим изучали уровень специфических анти-S. aureus-IgG в сыворотках крови обследованных детей.

CD-фенотипирование лимфоцитов осуществляли с использованием цитофлюориметра FACSCalibur и коммерческих наборов («Becton Dickinson», США) по инструкции производителя — определяли относительное и абсолютное количество клеток: CD3+-, CD3+CD25+-, CD3+CD4+-, CD3+CD8+-, CD19+-, CD16+56+.

Фагоцитарную активность клеток изучали по методу В.Н. Каплина [7]. В качестве объектов фагоцитоза использовали эритроциты барана — исследовали показатели неспецифического фагоцитоза. Уровень общих IgA, IgG и специфических противостафилококковых IgG исследовали в ИФА с использованием коммерческих тест-систем производства «Вектор-бест» (Новосибирск).

Содержание химических элементов (ванадий, марганец, никель) в сыворотке крови определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ISP-MS) в соответствии МУК 4.1.3230—14 «Методика измерений массовых концентраций химических элементов в биосредах (кровь, моча) методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой».

Обработку полученных данных проводили с помощью программ Excel и Statistica 6.1 [9]. Для выборок с нормальным распределением для оценки вероятности (p) различий двух средних значений (M) использовали параметрический критерий Стьюдента. Взаимосвязь между показателями оценивали, рассчитывая относительный риск (RR), с использованием таблиц сопряженности.

У 52,2% детей группы наблюдения в целом в полости носа и зева выявили S. aureus, тогда как в группе сравнения эти бактерии обнаружили у 12,9% детей (p=0,0001).

В группе детей, проживающих в зоне воздействия металлополютантов, констатировали уменьшение уровня лактоферрина в секретах слизистых оболочек носа (5293,7±1494,85 нг/г белка) и зева (2110,3±797,55 нг/г белка) в отличие от группы сравнения (5565,9±1128,41 и 2573,6±1257,95 нг/г белка соответственно) (см. рисунок). Различия для показателей концентрации лактоферрина в полости зева статистически значимы (p=0,01).

Уровни лактоферрина и sIgA в секретах слизистых оболочек носа и зева обследуемых детей.

Уровень sIgA в секретах слизистых оболочек носа и зева также был ниже у детей группы наблюдения и составил соответственно 55,2±12,1 и 39,1±8,1 мкг/г белка против 67,7±14,5 и 45,2±10,4 мкг/г белка детей группы сравнения (см. рисунок). Различия показателей по обоим локусам в сравниваемых группах статистически значимы (для секретов полости носа p=0,001, зева p=0,002).

Представленные на рисунке данные свидетельствуют о снижении местной резистентности слизистых оболочек этих биотопов. Следовательно, можно полагать, что высокий уровень бактерионосительства золотистых стафилококков среди детей этой группы обусловлен снижением уровня факторов местного иммунитета в слизистых оболочках полостей носа и зева.

Важно отметить, что на этом фоне в сыворотке крови детей, проживающих в условиях воздействия выбросов предприятия черной металлургии, статистически значимо повышены средние значения концентраций ванадия, марганца и никеля относительно аналогичных показателей детей группы сравнения (табл. 1).

Таблица 1. Уровень низкомолекулярных химических соединений в сыворотке крови обследованных детей, мг/л

Примечание. M — среднее арифметическое значение; s — стандартное отклонение; p — вероятность различий по критерию Стьюдента.

Сравнительный анализ иммунограмм обследованных детей позволил установить, что у детей группы наблюдения общее количество T-лимфоцитов (CD3+), в том числе T-хелперов (CD3+, CD4+-клеток), T-цитотоксических лимфоцитов (CD3+, CD8+), активных T-лимфоцитов (CD3+, CD25+) статистически значимо снижено по абсолютному показателю. Аналогичная тенденция выявлена в отношении B-лимфоцитов (CD19+), причем снижение их уровня отмечено и по относительной, и по абсолютной величинам (табл. 2). Содержание NK-клеток (CD16+, CD56+) в обеих группах было в пределах физиологической нормы, однако у детей в группе наблюдения абсолютное содержание NK-клеток превышало аналогичный показатель в другой группе (p=0,019). Высокие значения относительного уровня апоптотических T-лимфоцитов (CD3+, CD95+) существенно чаще регистрировали у детей группы наблюдения, при этом их среднее количество также достоверно было выше, чем этот показатель в группе сравнения (p=0,001 по средним и p=0,04 по кратностям превышения).

Таблица 2. Результаты сравнительного анализа иммунологических показателей у детей сравниваемых групп

Примечание. * — разница достоверна по отношению к группе сравнения (p<0,05); M — среднее арифметическое значение; s — стандартное отклонение; p — вероятность различий по критерию Стьюдента.

Что касается фагоцитарного звена, то все изученные показатели статистически значимо были снижены у детей группы наблюдения (табл. 2). Таким образом, высокий уровень металлоконтаминантов в сыворотках крови детей негативно отражается на фагоцитарной активности лейкоцитов.

У 83,1% детей группы наблюдения установлено также статистически значимое снижение содержания общего IgA, а у 54,2% — общего IgG. Различия с показателями детей группы сравнения статистически значимы (p<0,05).

Анализ отношения шансов изменения этих факторов гуморального иммунитета при возрастании концентрации контаминантов в крови позволил установить снижение содержания общего IgG в сыворотке крови при увеличении концентрации марганца, ванадия (RR=0,11—0,41 при p<0,05).

Необходимо отметить и отрицательную тенденцию влияния оксидов этих металлов на формирование специфического гуморального иммунитета. Так, титр специфических IgG к антигенам S. aureus в сыворотках детей, проживающих в районе техногенного загрязнения, был ниже, чем у детей группы сравнения, однако разница не была статистически значима (p=0,07).

Выявленное у большинства (>50%) детей группы наблюдения носительство S. aureus на слизистых оболочках зева и носа объясняется как снижением резистентности этих биотопов, так и уменьшением степени выраженности активности гуморального иммунного ответа на стафилококковое инфицирование. Наряду с этим у этой группы детей обнаружено снижение уровня общих IgA и IgG, а также среднего количества исследованных субпопуляций T-лимфоцитов, B-лимфоцитов и уменьшение активности различных показателей фагоцитоза. Следовательно, негативное влияние металлополютантов отражается на различных механизмах как неспецифических, так и специфических (IgG к антигенам S. aureus) факторов защиты. В большей мере это положение справедливо в отношении неспецифических факторов резистентности и, прежде всего, фагоцитарного звена. На этом фоне в меньшей степени снижается титр специфических IgG к S. aureus. Настоящее исследование построено на основе комплексного подхода к анализу результатов негативного влияния металлополютантов на различные звенья иммунной системы. Наряду с этим объясняются возможные причины высокой частоты встречаемости стафилококкового бактерионосительства у детей, проживающих в зоне влияния существенной техногенной нагрузки. Ранее в работах различных исследователей преимущественно изучалось состояние тех или иных компонентов иммунной системы у детей, проживающих в экологически неблагополучных районах [2, 4, 7]. Выявленные закономерности отрицательного воздействия металлополютантов на различные звенья иммунной защиты организма детей свидетельствуют о более высокой их восприимчивости как к соматическим, так и к инфекционным заболеваниям. В силу чего необходима более широкая и углубленная диспансеризация этого контингента. Можно полагать, что выявление бактерионосительства S. aureus у таких детей будет косвенным показателем нарушения иммунного статуса.

1. При бактериологическом обследовании 79 детей, проживающих в условиях воздействия выбросов предприятия черной металлургии, у 52,2% детей в носоглотке обнаружены S. aureus, что в 4 раза чаще, чем у детей из экологически благоприятного района.

2. Выявлено снижение уровня факторов местного иммунитета данных биотопов у детей в зоне неблагоприятного воздействия вредных веществ. Концентрация sIgA и лактоферрина в этой группе детей существенно ниже, чем в группе сравнения.

3. Установлено, что на фоне воздействия металлополютантов (соединения ванадия, марганца, никеля) формируются негативные реакции иммунной системы, которые проявляются в снижении показателей уровня фагоцитарной активности, а также факторов гуморального и клеточного иммунитета.

Конфликт интересов и источники финансирования отсутствуют.

Авторы подтверждают, что статья или ее части ранее не были опубликованы.

The authors declare no conflicts of interest.