Введение

Клиренс бронхолегочной системы в центральных отделах легких происходит благодаря механизмам отложения ингалируемых веществ и функции мукоцилиарной системы, иначе мукоцилиарному клиренсу (МЦК), тогда как в респираторных отделах он осуществляется главным образом за счет функции альвеолярной макрофагально-сурфактантной системы и иммунологических механизмов или альвеолярного клиренса (АК) [1]. Обе эти системы находятся в тесной взаимосвязи [2]. Естественно, различные хирургические технологии, включая трансплантационные, будут оказывать существенное воздействие на состояние защитных механизмов органов дыхания, что означает необходимость коррекции, а, следовательно, и направленного контроля, от которых зависит результирующий эффект этих технологий [3, 4]. И если существуют различные подходы и способы оценки МЦК, касающиеся проводящих дыхательных путей (ДП), доступ к которым относительно возможен, то подходов к исследованию и методов оценки АК немного, учитывая труднодоступность респираторных отделов легких. Это значительно ограничивает диагностические и лечебные возможности. Необходимо детальное рассмотрение состояния данной проблемы с целью поиска путей ее решения.

Цель обзора — проанализировать возможности оценки клиренса респираторных отделов легких с помощью разных методов и оценить целесообразность их использования.

Методологически для анализа использованы источники литературы, включая оригинальные исследования и обзорные работы, найденные в базах Index Medicus, PubMed, Embase, Cochrane, реестре клинических исследований ClinicalTrials.gov и открытых источниках информации о патентах.

Для поиска применялись такие ключевые слова и словосочетания, как альвеолярный клиренс, бронхоальвеолярный лаваж, бронхоальвеолярная жидкость, конфокальная лазерная эндомикроскопия, альвеолярный протеиноз, компьютерная томография высокого разрешения. В анализ включено 48 публикаций (рис. 1). Рассмотрены полнотекстовые источники литературы с сужением на каждом этапе, а затем выбранные данные структурированы и использованы для подготовки обзорной статьи.

Рис. 1. Схема отбора публикаций.

Методы оценки альвеолярного клиренса

Методы оценки АК могут быть in vitro и in vivo, которые, в свою очередь, являются инвазивными и неинвазивными. Часть из них давно вошла в практику и используется в качестве скрининговых методов, часть — только лишь разработана и находится на стадии апробации.

Методы in vitro

Инвазивные методы базируются главным образом на гистологическом исследовании материала, получаемого с помощью биопсии во время бронхоскопии из разных участков бронхолегочной системы, а также на оценке содержимого терминальных ДП, которое можно получить с помощью технологии бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ). Благодаря данным технологиям можно тонко и количественно оценивать структуры и содержимое дистальных отделов ДП вплоть до альвеол. При этом арсенал методов исследований материала, в частности бронхоальвеолярной жидкости (БАЛЖ), полученного с помощью БАЛ, значителен. К ним можно отнести масс-спектрометрию, гистологические, иммунологические, генетические методы исследования и другие.

БАЛ представляет собой стандартную технологию получения путем проведения эндоскопии материала из дистальных отделов ДП, исследование которого дает важную дополнительную информацию для более точного установления характера легочного заболевания и существенного повышения эффективности лечения. При этом сам БАЛ может являться важной лечебной процедурой, как это имеет место, например, при альвеолярном протеинозе. Для этого в процессе бронхофиброскопии в просвет сегментарного бронха вводится поэтапно 150±50 мл изотонического раствора натрия хлорида, который затем аспирируется с помощью бронхофиброскопа.

В БАЛЖ содержатся клетки, полученные не только из просвета самых мелких бронхов, но и альвеол. Диагностический БАЛ показан в случаях, если при рентгенографии органов грудной полости обнаружены неясные изменения в легких, которые могут быть инфекционной, неинфекционной, злокачественной этиологии, а также изменения диффузного характера, так называемые диффузные интерстициальные заболевания легких [5]. К последним относятся различные гетерогенные группы заболеваний, включая фиброзирующие альвеолиты, гранулематозы, васкулиты при системных заболеваниях соединительной ткани, группа болезней накопления, легочные диссеминации опухолевой природы. БАЛ может быть успешно использован не только для дифференциальной диагностики интерстициальных заболеваний легких, в том числе путем применения определенных алгоритмов, но и для установления степени активности заболевания, определения прогноза и направленной терапии, что определяет его практическую эффективность. При этом используются точные количественные показатели и, соответственно, четкие критерии для верификации того или иного патологического процесса. В плане АК наибольший интерес представляет заболевание из группы болезней накопления, а именно упомянутый выше альвеолярный протеиноз, связанный с несостоятельностью альвеолярной макрофагально-сурфактантной системы и нарушением АК, в частности с нарушением клиренса сурфактанта [6]. Исследование БАЛЖ с высокоточным определением содержания белка и уровня концентрации антител против гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (GM-CSF), являющегося патогномоничным при данной патологии, с учетом данных компьютерной томографии высокого разрешения (КТВР) позволяет с высокой вероятностью установить диагноз АП [7, 8]. Однако все же требуется подтверждение диагноза путем получения материала из легкого и его патоморфологическое исследование, хотя ряд авторов считает, что материал, получаемый с помощью БАЛ, может существенно снизить потребность в гистологическом подтверждении, и тому имеются клинические примеры [9]. Не зря в результате возможностей, которые обеспечивает БАЛ, его еще называют жидкой биопсией [10—12]. Это означает, что результаты исследований с помощью БАЛ относятся к ведущим в данном диагностическом комплексе, позволяющем выявлять нарушения АК и верифицировать АП. Таким образом, данные, полученные путем использования БАЛ, могут быть базовыми или существенно дополнять, но не дублировать, полученные с помощью других методов исследования. Кроме того, БАЛ может многократно применяться и предсказывать необходимость последующего терапевтического лаважа легких, расширяя тем самым роль разных методов лечения, в частности терапевтического подхода, предусматривающего использование антител против GM-CSF [13]. Сам метод является относительно недорогим, составляя около 100—150 долл. США.

Методы in vivo

К технологиям in vivo можно отнести относительно новый диагностический метод — конфокальную лазерную эндомикроскопию (КЛЭМС). Отличительной ее особенностью является обеспечение возможности проникновения в терминальные отделы ДП, вплоть до бронхиол, и в режиме реального времени с помощью электронной микроскопии оценивать морфологию респираторных отделов ДП (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема системы конфокальной лазерной эндомикроскопии дыхательных путей.

Метод КЛЭМС основан на принципе конфокальной флуоресцентной микроскопии. Лазерный луч с длиной волны 488 нм, генерируемый источником в рабочей станции, передается с помощью систем зеркал, качающихся во взаимно перпендикулярных направлениях. На выходе из рабочей станции лазерный луч проходит через многоволоконный фиброоптический зонд и попадает на поверхность исследуемой ткани. Индуцируемый лазером эффект флуоресценции вызывает свечение тканей, которое идентифицируется конфокальным микроскопом и обрабатывается компьютером, позволяя получить динамическое монохромное изображение на мониторе с частотой 11 Гц и разрешением 600 мкн [14]. При КЛЭМС можно достигнуть визуализации тех структур, которые обладают эффектом аутофлуоросценции. К ним относятся лишь несколько элементов, включая альвеолярные макрофаги, эластические волокна, сосуды и некоторые белковые включения. К основным эндогенным флуорофорам биологических тканей относятся флавины, протеины и порфирины. Каждый флуорофор имеет характерные спектры поглощения и эмиссии, и при использовании монохроматического света с длинной волны 488 нм возникает свечение биологических субстанций, богатых никотинамидадениндинуклеотидом и липопигментами, а также коллагена и эластина [15]. Существенным преимуществом, открывающим перспективы диагностики, является то, что данный метод можно сочетать с применением эндоскопической аппаратуры и обеспечивать проникновение в периферические регионы визуализируемых полых органов, в том числе в ДП, в которые доступ затруднен. К недостаткам КЛМС относятся сложность настройки прибора, отсутствие «оптического» изображения, высокая стоимость оборудования.

Данная разработка, в первую очередь, направлена на исследование желудочно-кишечного тракта и в значительной мере реализована не только с позиций технических аспектов, но и в плане стандартизации диагностических критериев, которые обеспечивают диагностическую ценность данного метода и позволяют его использовать в скрининговом режиме. Как известно, это является одной из наиболее важных характеристик любого метода. В данном случае определены диагностические алгоритмы, позволяющие дифференцировать онкопатологию на основании точной количественной оценки. Так, например, флуоресцентом окрашивают слизистую оболочку пищевода и с помощью конфокальной электронной микроскопии определяют изменение картины сосудов на основании точной количественной оценки их плотности, свидетельствующей о неопластическом процессе в нижней трети пищевода или пищеводе Барретта. Данная патология возникает, как правило, на фоне гастроэзофагеального рефлюкса, способствующего перерождению плоского эпителия слизистой оболочки пищевода в цилиндрический и развитию аденокарциномы [16]. При этом КЛЭМС является лишь дополняющим методом, но не замещающим другие базовые диагностические методы, включая морфологическое исследование биоптата [17, 18].

Что же касается бронхолегочной системы, то этот метод не нашел широкого применения в силу различного характера причин, которые нивелируют результаты исследования, и требуется их исключение, без чего практическое применение КЛЭМС теряет целесообразность. Такой причиной является, например, курение табака в силу того, что в результате проникновения табачного дыма смолы, содержащиеся в нем, оседают в альвеолах, захватываются альвеолярными макрофагами и, имитируя содержимое альвеол, имеющее место, например, при альвеолярном протеинозе, ведут к диагностической ошибке. Существенное влияние на точность исследования оказывает также ретракция легочной ткани, имеющая место при проведении дистального конца бронхофиброскопа в альвеолы, варьирование угла его наклона и др. Необходимо учитывать, что КЛЭМС может обеспечивать визуализацию у некурящих лиц только эластина периферической и осевой соединительной ткани, что лишь в некоторой мере может быть полезным в единичных случаях при заболеваниях периферических отделов легких, включая некоторые аденокрациномы, эмфизему, когда имеет место снижение объемной доли эластических волокон [19—22].

Интерес представляет некоторая корреляция между действием бронхолитиков, гистологическими и КЛЭМС паттернами эластических волокон, указывающими на структурно-функциональную связь между клеточным матриксом в стенке ДП и функцией легких. Это несколько обнадеживает относительно потенциальных возможностей КЛЭМС в качестве критерия оценки эффективности терапевтического лечения и прогноза эффективности хирургических технологий [23]. Однако прежде всего требуется проведение объемного сравнительного исследования с включением группы здоровых добровольцев, что до сих пор не осуществлено. Таким образом, КЛЭМС, являясь достаточно информативным диагностическим методом относительно желудочно-кишечного тракта, представляет в плане легочной патологии всего лишь дополняющий и далеко не базовый метод диагностики, не играя самостоятельной роли в диагностическом процессе. При этом в последнем случае он позволяет осуществлять преимущественно качественную, а не количественную, то есть субъективную оценку, не основанную на каких-либо стандартах, в силу значительной трудности их разработки и наличия разных факторов, влияющих на нее.

С целью расширения возможностей КЛЭМС, в частности относительно диагностики АП, предпринимались попытки ее совершенствования [24]. Осуществлялось это в 3 этапа путем того, что при выполнении КТВР легких и обнаружении сегментов с изменениями паренхимы и без таковых проводят КЛЭМС, выявляя наличие белковых и/или липидных субстанций. Затем повторно наряду с КЛЭМС выполняют КТВР в сегментах с изменениями паренхимы и без изменений по данным первоначально проведенной КТВР. При этом авторы предлагаемого способа декларируют, что он направлен на подтверждение наличия заболеваний, сопровождающихся накоплением в альвеолах белковых и липидных субстанций, включая альвеолярный протеиноз, липоидную пневмонию, болезнь Гоше, альвеолярный микролитиаз и др., которые по диагностическим критериям КТВР значительно схожи с такими заболеваниями, как экзогенный аллергический альвеолит, легочная аденокарцинома, пневмоцистная пневмония и прочее. По мнению авторов, в противном случае требовались бы такие дополнительные инвазивные диагностические методы, как биопсия ткани легкого. Однако с этим никак нельзя согласиться, поскольку подобную проблему можно решать с помощью намного менее инвазивных методов, в частности с помощью упомянутой выше технологии БАЛ с исследованием БАЛЖ, использованием PAS-реакции и выделением антител к GM-CSF, патогномоничных при альвеолярном протеинозе. Подобное исследование позволяет установить или исключить наличие в альвеолах белковых и липидных субстанций, обеспечивает дифференциальную диагностику альвеолярного протеиноза, сопровождающегося их наличием, а, следовательно, и положительной реакцией, и липоидной пневмонии, при которой они отсутствуют, а PAS-реакция отрицательная [25—27]. Это означат, что и в случае проведения КЛЭМС предложенным способом можно констатировать, что данный метод остается лишь дополнительным, так как и без его использования вполне возможно установить диагноз АП, применяя стандартный комплекс исследований, отраженный выше и включающий БАЛ, и даже с более высокой вероятностью. Проведенная нами сравнительная характеристика возможностей исследований, сопряженных с БАЛ и изучением бронхоальвеолярного содержимого, обеспечивающими получение стандартизированной точной количественной оценки, явно не в пользу КЛЭМС, которая базируется лишь на качественной, то есть субъективной оценке (см. таблицу).

Сравнительная оценка некоторых методов исследования клиренса респираторных отделов легких

Примечание. БАЛ — бронхоальвеолярный лаваж; КЛЭМС — конфокальная лазерная эндомикроскопия.

Кроме того, в случае КЛЭМС не исключаются факторы, нивелирующие эту оценку. К ним можно отнести соединения твердых высокодисперсных частиц, которые содержатся в виде смеси в табачном дыме и оседают в ДП. Они называются смолами, имеют выраженный канцерогенный эффект и обладают флуоресцирующими свойствами, сводящими на нет оценку с помощью КЛЭМС. При этом действие данного фактора будет разным на альвеолярную макрофагально-сурфактантную систему в зависимости от стажа курения, генетических особенностей исследуемых и прочее. Подход к оценке характеристик эластина, играющих диагностическую роль, является во многом субъективным и неточным, не учитывается варьирование толщины эластина в зависимости от его конфигурации, которая может меняться при различных заболеваниях [28]. Предпринятые некоторыми авторами попытки объективизации данных об эластине с помощью автоматизированного анализа несколько оптимизировали возможность дифференцировать норму и патологию, но принципиальных сдвигов в плане дифференциации самой патологии это не принесло [29]. К тому же предлагаемый способ КЛЭМС предусматривает наряду с фибробронхоскопией, не исключающей общей анестезии, повторное проведение КТВР, сопряженной с высокой лучевой нагрузкой, превышающей более чем в 10 раз те, которые используются в пульмонологии [1]. КЛЭМС, в отличие от БАЛ, обеспечивающего многоплановость и комплексность как в диагностическом, так и в лечебном аспекте, имеет только диагностическую функцию и значительно ограничена объектом исследования, поскольку позволяет визуализировать лишь несколько элементов, имеющих аутофлуоросценцию, включая альвеолярные макрофаги, эластические волокна, сосуды, некоторые белковые включения, а также видами исследований. В заявленном способе КЛЭМС по-прежнему отсутствуют стандарты ее проведения и оценки результатов, а также нормальные показатели и специфичность выявляемых изменений. Недавнее изучение возможностей КЛЭМС в диагностике идиопатических интерстициальных пневмоний в сопоставлении с данными КТ и гистологического исследования свидетельствовали о том, что с помощью КЛЭМС сложно различить виды пневмонии. Объясняется это тем, что полученные изображения при КЛЭМС формируются за счет утолщения, уплотнения и дезорганизации эластических волокон, паттерн чего дифференцировать затруднительно. При этом данные визуальной картины существенно нивелировались наличием альвеолярных макрофагов, содержащих табачные смолы [30]. Предложенный метод КЛЭМС преимущественно касается одной редкой генетически детерминированной патологии, сопровождающейся накоплением избыточного количества фосфолипопротеинового материала в альвеолах — альвеолярного протеиноза, при котором он в определенной мере «работает», в отличие от БАЛ, который в качестве «золотого стандарта» диагностики альвеолярного протеиноза позволяет выявить еще целый ряд заболеваний, являясь при этом намного менее инвазивной, более информативной и экономичной технологией [31, 32]. Сравнительная характеристика также свидетельствует об отсутствии существенной новизны и преимуществах предложенного способа КЛЭМС относительно известного способа КЛЭМС, так как КЛЭМС в известном варианте входит в комплекс исследований, предусматривающих КТВР, а повторное проведение КТВР в предлагаемом способе лишь значительно увеличивает лучевую нагрузку. При этом положительный эффект оценки внутри альвеолярных субстанций по балльной системе не подтвержден, как и одновременное использование КЛЭМС и КТВР. Учитывая это, вряд ли можно говорить о каких-либо преимуществах перед аналогичным методом исследования с помощью КЛЭМС, взятым за прототип, так как в случае использования данного способа больше существенных негативных сторон (выше лучевая нагрузка, дольше продолжительность исследования, существенно увеличена его инвазивность за счет двукратного применения КЛЭМС и КТВР), намного превышающих стоимость исследования. Но главное, что наличие подобной ситуации при КЛЭМС не является основанием для верификации данного диагноза, который неизменно устанавливается в результате стандартного диагностического комплекса, не обязательно включающего КЛЭМС. Таким образом, важность получаемой диагностической информации невелика и не соизмерима с теми негативными воздействиями, которые присущи предлагаемому методу КЛЭМС, сохраняющему при этом лишь вспомогательную роль. Но главное то, что данный метод значительно уступает по всем аспектам другой, описанной выше, диагностической технологии БАЛ, используемой для оценки АК, которую, по сути, и надо было бы взять за прототип. При этом результаты БАЛ также являются дополнением, но существенно более многогранным и весомым в диагностическом плане и менее инвазивным. И, конечно же, подтвердить диагноз альвеолярного протеиноза без морфологического исследования КЛЭМС не позволяет, как и более точный и комплексный БАЛ, который иногда обеспечивает это. Как правило, показания к проведению КЛЭМС отсутствуют при нормальной рентгенологической картине, а в случае наличия отклонений в последней явно, что навигация трансбронхиальной биопсии будет основываться прежде всего или даже только на рентгенологических данных. При этом КЛЭМС не исключает проведение БАЛ с целью верификации нарушений сурфактанта, тогда как БАЛ, позволяя выявить нарушения гомеостаза и клиренса сурфактанта, исключает необходимость осуществления КЛЭМС [33]. Немаловажным фактом является также то, что КЛЭМС является труднодоступным и дорогостоящим исследованием, которое с учетом его повтора с КТВР будет составлять свыше 2000 долл., что более чем в 10 раз дороже того же вполне доступного стандартного БАЛ. В клиниках, имеющих технические возможности для выполнения КЛЭМС дыхательных путей, данная технология для обследования пульмонологического контингента больных не используется на протяжении более 10 лет. Данные, которые обеспечивали бы перспективу ее выхода на уровень практического применения, отсутствуют.

Неинвазивные методы исследования клиренса респираторных отделов легких

Следует отметить, что существует и неинвазивный метод исследования АК, радиоаэрозольный (рис. 3).

Данный метод предусматривает ингаляцию мелкодисперсного радиоаэрозоля субмикронного размера, количественную оценку его распределения в легких и выведения из периферических регионов за счет проникновения его главным образом через альвеолярно-капиллярную мембрану, регистрируемого с помощью радиодиагностической аппаратуры и фиксации времени его появления в крови и лимфе [34, 35]. Ингаляция радиоаэрозоля осуществляется в вентиляционной системе (см. рис. 3, а) с вытяжным шкафом (см. рис. 3, а-1) по контролируемым параметрам объема и частоты дыхания с помощью волюметра (см. рис. 3, а-2) и звукового метронома (см. рис. 3, а-3), а также работы ингалятора (см. рис. 3, а-4). Регистрация распределения радиоаэрозоля в легких и выведения его из них (см. рис. 3, б) происходит с помощью детектора гамма-камеры (см. рис. 3, б-1), сопряженной с системой обработки электронных импульсов (см. рис. 3, б-2) и системой обработки данных информации (см. рис. 3, б-4). Качественную (визуальную) характеристику отложения и выведения радиоаэрозоля проводят на экране персистенсскопа гамма-камеры (см. рис. 3, б-3) с регистрацией на поляроиде или цветном дисплее компьютера (см. рис. 3, б-5). Количественную оценку отложения и выведения радиоаэрозоля проводят с помощью компьютера и регистрируют ее посредством цифропечатающего устройства (см. рис. 3, б-6).

Рис. 3. Принципиальная схема системы для исследования альвеолярного клиренса радиоаэрозольным методом (пояснения в тексте).

Клиренс ^99mTc-DTPA служит показателем состоянием эпителия и кровеносной системы легких. Этот метод является относительно недорогим, с низким уровнем радиации, и его легко выполнять с использованием стандартного оборудования в радиодиагностическом отделении больницы [36, 37]. Повышенная проницаемость сосудов является важным патогенетическим звеном при синдроме капиллярной утечки, вызванной ожогами, травмами, сепсисом, аллергией и другими причинами, оказывающими значительное влияние на течение и прогноз патологического процесса. Поэтому в многочисленных исследованиях изучались механизмы регулирования проницаемости легочных капилляров и то, как они влияют на течение заболевания. При этом измеряли динамику степени проницаемости легочных капилляров in vivo или in vitro. Обычно используемые методы включают электронную микроскопию, измерение содержания белка в БАЛЖ и количественную оценку сосудистой проницаемости или экстравазации плазмы, для чего используется свойство связывания альбумина синего красителя Эванса. Метод представляется достаточно точным, простым, экономичным, безопасным и обеспечивает определение экстравазации плазмы из нескольких тканей сразу при необходимости. В клинических исследованиях степень отека легких в основном используется для косвенного отражения проницаемости легочных капилляров. Клиницисты в основном основываются на причинах травмы, физикальном обследовании, анализе газов крови и визуализационном исследовании для проведения эмпирических оценок. Хотя эти методы оценки просты и удобны в применении, ни один из них не позволяет получить неинвазивные и точные результаты. Поэтому в этом плане существенным преимуществом обладает радиоаэрозольный, учитывая его выше отраженные характеристики. Показано, что он может быть полезным при оценке роли сурфактанта и состояния альвеолярно-капиллярной мембраны при интерстициальных заболеваниях легких и их ранней диагностике, а также при острых поражениях легких, включая острый респираторный дистресс-синдром, и других заболеваниях, в том числе не респираторной системы, которые могут сопровождаться нарушениями проницаемости альвеолярно-капиллярной мембраны [38—40]. Однако несмотря на то, что определенные аспекты АК исследовались с помощью данного метода, и показана перспектива этого подхода, пока практического применения они не получили. Обусловлено это реалиями сегодняшнего дня, сопряженными с техническими и экономическими сложностями, связанными не столько с аппаратурой, которая имеется практически в каждом более-менее крупном медицинском учреждении, сколько с носителями-индикаторами, которые вводятся ингаляционным путем, в силу отсутствия на рынке и кризиса производства их в мире. За последнее время «модными» технологиями стали исследования проницаемости аэрогематического барьера на моделях in vitro (так называемое легкое-на-чипе) [41]. Возможно, данная технология представляет какие-то дополнительные возможности для фармакологов или токсикологов в плане исследования влияния веществ. Однако, по мнению ряда ученых, модели in vitro далеки от результатов в условиях in vivo, когда присутствует целый ряд взаимосвязанных факторов, влияющих на процессы как МЦК, так и АК, что рассмотрено и отражено в литературе [1].

Заключение

С практической точки зрения действующим на сегодняшний день методом, позволяющим оценивать состояние клиренса респираторных отделов легких, остается стандартный бронхоальвеолярный лаваж и исследование бронхоальвеолярной жидкости разными способами с возможными модификациями. Метод конфокальной лазерной эндомикроскопии, в отличие от его использования в области гастроэнтерологии, пока не оправдал надежды, возлагаемые на него в практической пульмонологии, оставаясь востребованным в основном в научных целях, как и радиоаэрозольный метод исследования.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.