Журнал «Здоровье ребенка» 1 (22) 2010

Бронхіальна астма (БА) належить, за висновками експертів ВООЗ, до когорти найбільш поширених хвороб людства [1]. Пошук діагностичних методів, що допоможуть своєчасно встановити точний діагноз та призначити терапію в необхідному обсязі, на сьогодні є вельми актуальним. Міжфазну тензіометрію в клінічній практиці почали застосовувати лише протягом останніх 15 років. Перші роботи були проведені сумісно вченими Донецького національного медичного університету ім. М. Горького (Україна), Берлінського Макс-Планківського інституту колоїдів і поверхонь (Німеччина) та Антверпенського університету (Бельгія). Проводилися дослідження майже всіх біологічних рідин людини — крові, сечі, ліквору, навколосуглобової рідини, амніотичних вод, конденсату повітря, що видихається (КПВ) [2–4]. Проте до цього часу дослідження тензіометричних та реологічних властивостей КПВ у дітей, хворих на БА, не проводилося.

Наведені дані стали передумовою для проведення дослідження з позиції системного вивчення взаємозв''язків рівнів тензіометричних та реологічних показників КПВ, рН КПВ та функції зовнішнього дихання (ФЗД) із метою вдосконалення діагностики та контролю перебігу БА в дітей.

Під спостереженням знаходились 144 дитини віком від 6 до 18 років, із них 124 хворих на БА та 20 здорових дітей аналогічного віку, які ввійшли до групи контролю. Серед дітей основної групи 14 дітей знаходилися під спостереженням із приводу БА з легким епізодичним перебігом (1-й ступінь), 34 дитини мали легкий персистуючий перебіг захворювання (2-й ступінь), 52 дитини страждали від БА з середньотяжким персистуючим перебігом (3-й ступінь), ще 24 дитини мали тяжкий персистуючий перебіг БА (4-й ступінь). Діагноз захворювання формулювали згідно з критеріями, запропонованими Українським національним консенсусом із діагностики та лікування бронхіальної астми (2003); Global Initiative for Asthma (2005) [5].

КПВ збирали за допомогою запатентованого лабораторного приладу [6]. У всіх дітей із БА та контрольної групи визначали тензіометричні (поверхневий натяг — ПН і кут нахилу кривої — КНК) та реологічні (модуль в''язкоеластичності — Е та час релаксації — Т) показники КПВ із використанням комп''ютерного тензіометра ADSA (Канада) [4]. Окрім того, досліджували рівні рН КПВ на рН-метрі Cyber Scan (Сінгапур). Обстеження хворих дітей здійснювали в періоді загострення БА та при досягненні ремісії захворювання.

Проведене нами дослідження ПН КПВ у 109 дітей із БА дозволило визначити, що у них відбувається підвищення рівня ПН як у періоді загострення, так і в періоді ремісії. У періоді загострення вірогідне підвищення ПН присутнє в усіх хворих дітей: 37,9 ± 3,1 мН/м (Р < 0,001) — при БА 1-го ступеня; 35,2 ± 2,6 мН/м (Р < 0,001) — при БА 2-го ступеня; 33,0 ± 2,4 мН/м (Р < 0,001) — при БА 3-го ступеня та 34,4 ± 2,9 мН/м (Р < 0,001) — у дітей із БА 4-го ступеня (рис. 1). У динаміці захворювання при досягненні ремісії БА, незважаючи на позитивну клінічну динаміку, значення ПН КПВ залишалося високим у всіх дітей незалежно від тяжкості перебігу захворювання: 33,5 ± 3,8 мН/м (Р < 0,001) — при БА 1-го ступеня; 30,5 ± 2,3 мН/м (Р < 0,01) — при БА 2-го ступеня; 33,45 ± 3,0 мН/м (Р < 0,01) — при БА 3-го ступеня та 34,4 ± 4,1 мН/м (Р < 0,01) — у хворих на БА 4-го ступеня. Порівняння значень ПН КПВ залежно від тяжкості перебігу захворювання вірогідних відмінностей між групами не виявило.

Ми вважаємо, що підвищення рівня ПН КПВ має бути пов''язано з дефіцитом поверхнево-активних речовин (ПАР). На нашу думку, можна припустити, що підвищення ПН КПВ є наслідком зниження кількості фосфоліпідів у сурфактанті, бо саме фосфоліпіди є ПАР, що зменшують ПН. Можливо, до патогенезу зменшення ПАР залучені білки SP-B, SP-C, що регулюють надходження та поширення фосфоліпідів до альвеоли. Такі результати узгоджуються з даними літератури про зниження фракції лецитину й зростання рівня фосфатидиламіну у хворих на БА [7, 8].

Крім того, цікавим є фізіологічний механізм регуляції надходження сурфактанту до альвеол. Відомо, що, утворюючи тонку суцільну вистілку, він змінює ПН залежно від радіуса альвеол. При збільшенні радіуса альвеол під час вдиху ПН зростає (зменшується кількість ПАР на одиницю площі поверхні альвеоли), що поліпшує розтяжність легенів, збільшується їх дифузійна здатність. При малих об''ємах альвеол під час видиху ПН зменшується (збільшується кількість ПАР на одиницю площі поверхні альвеоли), що попереджає спадання альвеол на видиху. Величина надхо­дження молекул сурфактанту до дихальних шляхів залежить від об''єму альвеоли в кінці видиху: чим менший альвеолярний об''єм наприкінці видиху, тим більший вихід молекул сурфактанту на поверхню альвеол.

Імовірно за умов бронхообструкції, коли відбувається емфізематизація легенів, збільшення альвеолярного об''єму наприкінці видиху, хеморецептори на альвеолоцитах ІІІ типу реагують на зміну концентрації фосфоліпідів і складу сурфактанту на внутрішній поверхні альвеоли, надсилають сигнал до альвеолоцитів ІІ типу про обмеження синтезу та екскреції поверхнево-активних молекул, крім того, виникає відносна нестача фосфоліпідів на одиницю площі альвеоли. Ці процеси й призводять до підвищення ПН сурфактанту, що знайшло відображення в нашому досліджені як підвищення значення ПН КПВ у дітей, хворих на БА, в обох періодах захворювання.

Під час кореляційного аналізу знайдена зворотна вірогідна залежність ПН із рівнем рН КПВ у періоді загострення (r = –0,30; Р < 0,05). Отримані результати узгоджуються з даними літератури про залежність сил міжмолекулярного тяжіння на поверхні розчину від рівня його кислотності [4].

Не менш цікаві зміни знайдені при аналізі іншого показника міжфазної тензіометрії, а саме КНК. Дослідження КНК КПВ опосередковано відображає зміну ПН КПВ за відрізок часу. На відміну від простих фізичних рідин (вода, гліцерин, бензол та ін.), що складаються з однієї речовини та мають незмінне в часі значення ПН, біологічні рідини являють собою колоїдні розчини багатьох речовин із гідрофобними та гідрофільними властивостями, на поверхні яких постійно відбуваються процеси дифузії, адсорбції та перебудови. Тому рівноважне значення ПН таких розчинів виміряти неможливо. Це вимагає певної екстраполяції динамічних тензіограм. Якщо побудувати криву в координатах ПН — t –1/2 (динамічну тензіограму), то порівнюючи тангенси кутів нахилу динамічної тензіограми (КНК), можна отримати інформацію про сумарний склад концентрації поверхнево-активних компонентів у дослідному зразку біологічної рідини (БР).

На відміну від ПН, КНК тензіограми в хворих із БА відрізнявся від нормативного значення як залежно від періоду захворювання, так і залежно від тяжкості перебігу БА (рис. 2). Так, у дітей, які страждали на БА з середньотяжким і тяжким персистуючим перебігом, у періоді загострення в КПВ спостерігалося вірогідне підвищення показника КНК КПВ проти значень здорових дітей — 502,8 ± 32,8 мНм –1 с 1/2 ; Р < 0,001 та 516,3 ± 33,9 мНм –1 с 1/2 ; Р < 0,001 відповідно. У періоди ремісії у хворих на БА 3-го та 4-го ступенів спостерігалося вірогідне зниження значення КНК КПВ до рівня здорових дітей — 345,2 ± 23,7 мНм –1 /с 1/2 ; Р < 0,001 та 376,7 ± 37,2 мНм –1 /с 1/2 ; Р < 0,01 відповідно. У дітей із БА легкого епізодичного й легкого персистуючого перебігу вірогідних відмінностей значень КНК КПВ від нормативних не виявлено ні в періоді загострення — 303,2 ± 14,4 мНм –1 /с 1/2 ; Р > 0,05 і 398,5 ± 40,0; Р > 0,05 відповідно, ні при досягненні ремісії — 293,0 ± 26,7 мНм –1 /с 1/2 ; Р < 0,05 і 347,4 ± 33,4 мНм –1 /с 1/2 ; Р > 0,05 відповідно.

При аналізі відмінностей значень КНК КПВ у дітей різних груп виявлені вірогідні відмінності в періоді загострення між показниками дітей із БА 1-го й 3-го ступенів (Р < 0,01), 2-го й 3-го ступенів (Р < 0,05) та між значеннями хворих на БА 1-го й 4-го ступенів (Р < 0,001), 2-го й 4-го ступенів (Р < 0,05).

Математичними рівняннями доведено, що КНК зворотно пропорційний концентрації ПАР у біологічній рідині [4]. Можна зробити висновки про зниження кількості ПАР у КПВ у періоді загострення захворювання та нормалізацію їх надходження до альвеоли в періоді ремісії. Крім того, кореляційний аналіз КНК і показників ФЗД у періоді загострення виявив вірогідні зворотні зв''язки показників ОФВ 1 (r = –0,43; Р < 0,05), ПОШ вид (r = –0,34; Р < 0,05, що характеризують ступінь тяжкості бронхообструктивного синдрому, і значень МОШ 75 (r = –0,47; Р < 0,05), що відповідає ступеню обструкції дрібних бронхів. Показник КНК мав вірогідну позитивну кореляцію зі ступенем БА в періоді загострення захворювання (r = +0,33, Рr < 0,05). Вірогідна зворотна кореляція значень ПН та КНК КПВ (r = –0,43; Рr < 0,05) свідчить, що чим вищі сили міжмолекулярної взаємодії на поверхні краплі КПВ (що характеризує зменшення концентрації ПАР у КПВ), тим більший кут нахилу прямої ПН від t –1/2 . Позитивна залежність від значень Е КПВ (r = +0,40; Рr < 0,05) говорить про те, що чим більшим був кут прямої ПН від t –1/2 , тобто чим менше ПАР містилося у КПВ, тим вищим був показник Е. Наголошене проявлялося тим, що крапля краще повертала свою початкову форму після деформації. Показник КНК у періоді загострення БА, як і ПН КНК, мав вірогідну зворотну кореляцію з рівнем рН (r = –0,30; Рr < 0,05).

Досліджені нами реологічні показники відображають не лише сурфактантну складову. Під час видихання парів відбувається виведення й бронхіального секрету, що забезпечує реологічні властивості вистілки бронхіального дерева.

У нашому дослідженні спостерігалося підвищення значення показника Е в усіх дітей, хворих на астму, що мали персистуючий перебіг захворювання в періоді загострення: хворі на БА 2-го ступеня мали значення Е КПВ 2 9,1 ± 1,1 мН/м (Р < 0,001); діти з БА 3-го та 4-го ступенів — 29,4 ± 0,9 мН/м (Р < 0,001) та 28,9 ± 0,7 мН/м (Р < 0,001) відповідно. У хворих на БА 1-го ступеня показник Е КПВ склав 23,8 ± 1,8 мН/м і не виходив за межі нормативного інтервалу (Р > 0,05) (рис. 3). У періоді ремісії спостерігалася нормалізація означеного показника в усіх дітей, окрім хворих із тяжким персистуючим перебігом захворювання (26,2 ± 1,4 мН/м; Р < 0,05). Лише в дітей, які страждали від БА з легким епізодичним перебігом, значення Е КПВ було порівнюване з нормативними показниками й вірогідно відрізнялося від показників інших дітей у періоді загострення (23,8 ± 1,8 мН/м; Р > 0,05).

Тобто під час загострення в хворих із персистуючим перебігом БА бронхіальний секрет містить більше в''язкого слизу. Можлива гіперфункція секреторного апарату у відповідь на алергійне запалення слизової оболонки бронхів: часткове заміщення війчастих клітин на слизоутворюючі келихоподібні клітини, клітини Клара та гіперплазія бронхіальних залоз, що призводить до гіперпродукції слизу, знаходить своє відображення у зміні реологічних властивостей секрету в хворих на БА з персисту ючим перебігом у періоді загострення. Саме ремодуляцією слизової оболонки бронхів та гіперпродукцією слизу можна пояснити збереження високих рівнів Е КПВ у дітей, які страждають від БА 4-го ступеня, навіть у періоді ремісії. Збереження підвищеного рівня Е у хворих на БА з тяжким персистуючим перебігом свідчить про глибокі порушення в будові слизової оболонки бронхів, що призводять до збереження порушення мукоциліарного транспорту навіть за відсутності клінічних ознак бронхообструкції. Такі зміни диктують необхідність продовження ступеневої протизапальної терапії у поєднанні з адекватними заходами, що спрямовані на муколізис та дренаж бронхоальвеолярного дерева у хворих на БА 4-го ступеня. Гіперсекреція слизу й підвищення в''язкості та еластичності, недостатня рухова активність війчастого епітелію слизової оболонки бронхів обмежують повітряний потік через дихальні шляхи. Описані порушення сприяють розвитку бронхообструктивного синдрому. Нами знайдена вірогідна зворотна кореляційна залежність значень Е КПВ та показників ФЗД, що характеризують бронхообструктивний синдром, зокрема ОФВ 1 (r = –0,30; Р < 0,05), ПОШвид (r = –0,30; Р < 0,05), який виник за участі обструкції дрібних бронхів — МОШ 75 (r = –0,40; Р < 0,05). Зворотний вірогідний зв''язок значень Е КПВ і рівнів рН КПВ (r = –0,36; Р < 0,05) підтверджує, що концентрація іонів водню в середовищі бронхіального секрету впливає на його в''язкість, та чим більше кислотно-лужна рівновага зміщена в бік кислого середовища, тим більше в''язкість мокротиння.

Інший показник реологічної властивості КПВ — Т — у дітей із БА також мав певні відмінності залежно від тяжкості перебігу та періоду захворювання. За винятком дітей із БА 1-го ступеня, в яких Т КПВ вірогідно не відрізнявся в обох періодах (300,05 ± 21,03 с; Р > 0,05 та 260,87 ± 25,90 с; Р > 0,05 відповідно) від нормативних показників, у хворих із персистуючим перебігом захворювання — БА 2, 3, 4-го ступенів — виявлено підвищення значень Т у приступному періоді (336,25 ± 14,09 с; Р < 0,01; 320,01 ± 11,06 с; Р < 0,05 та 333,8 ± 12,46 с; Р < 0,01 відповідно) (рис. 4).

У динаміці захворювання в періоді ремісії рівні Т КПВ у дітей, хворих на БА, не відрізнялися від нормативних показників. Вірогідних відмінностей за показником Т КПВ у дітей різних груп, які розподілені за тяжкістю захворювання, не знайдено.

Із фізіологічної точки зору показник Т можна розглядати як здатність біологічної рідини відновлювати рівновагу у відповідь на патологічний вплив будь-якого подразника. Наприклад, при кашлі механічний струс, який спричиняє різке виштовхування повітря, призводить до появи коливань БР, що вистилає просвіт дихальних шляхів, та до змішування шарів ПАР. А сила цього механічного поштовху величезна, якщо врахувати, що кашель реалізується форсованим видихом при миттєвому відкритті голосової щілини за рахунок попереднього різкого підвищення внутрішньогрудного тиску (до 3000 мм вод.ст.), завдяки чому рідкий секрет і мокрота вилітають із дрібних бронхів до крупних. Швидке відкривання голосової
щілини супроводжується відходженням повітря з альвеол зі швидкістю в трахею і бронхи до 200–300 м/с [9]. При цьому рідкий секрет виводиться з повітряним струменем у вигляді аерозолю, видаляючи з собою глибки слизу й дрібні легкі іншорідні часточки. Підвищена в''язкість і порушення співвідношення рідкого та гелеподібного шарів бронхіального секрету є основним патогенетичним фактором формування кашлю. Здатність до самоорганізації КПВ як складної системи, яка містить багато ПАР, знаходить своє відображення у показнику Т КПВ. Отже, у нашому дослідженні виявлено, що у хворих із персистуючим перебігом БА під час загострення хімічний склад КПВ змінюється таким чином, що після перемішування шарів бронхіального секрету під час кашлю час, необхідний для відновлення молекулярної структури КПВ, подовжується. Виявлена вірогідна зворотна залежність показників Т КПВ і рН КПВ (r = –0,30; Р < 0,05) у періоді загострення БА. Така залежність дозволяє стверджувати, що за умови підвищення кислотності вмісту дихальних шляхів відбувається збільшення терміну, необхідного для відновлення рівноважного стану поверхневого моношару КПВ. При кореляційному аналізі значень Т КПВ і показників ФЗД вірогідна кореляційна залежність визначена лише з показником МОШ 75 (r = –0,32; Рr < 0,05) у періоді загострення. Це свідчить про те, що при обструкції дрібних бронхів відбувається подовження періоду стабілізації поверхневого шару краплі КПВ.

Таким чином, дослідження тензіометричних та реологічних показників КПВ дозволяє лікарю отримати інформацію про стан сурфактантної системи, що опосередковано свідчить про ступінь запалення слизової оболонки бронхів у дітей, які страждають від бронхіальної астми.