БИОРЕГУЛЯТОРЫ:

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ
ОТДЕЛЕНИЕ ХИМИИ И НАУК О ЗЕМЛЕ
ИНСТИТУТ БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ НАН
БЕЛАРУСИ
БИОРЕГУЛЯТОРЫ:
ИССЛЕДОВАНИЕ
И ПРИМЕНЕНИЕ
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
ВЫПУСК 3
Под редакцией чл.-корр. С.А. Усанова
Минск
2014
Биорегуляторы - 3
УДК 616.61-008.6
A.M. БУРАКОВСКИЙ1,
М.Н. ТИШКЕВИЧ1, Т.А. КАРПЕНКО1, А.А.
ЯСТРЕБОВА1,
С.В. БАЙКО2, А.В. СУКАЛО2
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОЧЕК ПРИ
ОСТРОМ ГЕМОЛИТИКО-УРЕМИЧЕСКОМ СИНДРОМЕ У ДЕТЕЙ
'Институт биоорганической химии НАН Беларуси
2
Белорусский государственный
медицинский
университет
Введение
Гемолитико-уремический синдром (ГУС) на сегодняшний день является одной из
актуальных медико-социальных проблем педиатрии. На это указывает постоянный рост
заболеваемости, высокая вероятность летального исхода, хронизация патологии почек и
отсутствие специфических методов диагностики и лечения [1].
ГУС был впервые описан С.Е. von Gasser с соавторами в 1955 году у детей с
продромой
в
виде
кровавой
диареи
с тромбоцитопенией,
микроангиопатической
гемолитической анемией и острой почечной недостаточностью. В 1983 году М.А. Karmali
с соавторами установлена взаимосвязь ГУС с энтерогеморрагической Escherichia
coli,
продуцирующей шига-токсин.
ГУС гемолитическая
заболевание, основным клиническим проявлением которого является
анемия
тяжелой
степени,
тромбоцитопения
и
поражение
почек,
вследствие чего в 55-70% случаев развивается острая почечная недостаточность [2].
Ведущую роль в возникновении этого заболевания играют бактерии кишечной палочки Escherichia coli определенных серотипов, продуцирующие шига-подобной токсин (Stx),
также известный как веротоксин, который и обуславливает тяжелую
клиническую
картину. Большинство случаев (70-80%) вызвано Е. coli 0157:Н7; кроме того, причиной
ГУС могут быть другие серотипы кишечной палочки 0111:Н8, ОЮЗ:Н2, ОЮ4:Н4, 0121,
0145, 026, 0113, 055:Н7 и т.д. или Shigella dysenteriae типа 1 [3]. ГУС, ассоциированный
с шига-токсином (Stx-ГУС) составляет 90% всех случаев, а атипичный (non-Stx-ГУС) до
10%.
Наиболее высокая заболеваемость характерна для детей в возрасте от 1 года до 5
лет, при этом смертность младенцев и детей младшего возраста в острой фазе Stx-ГУС,
сопровождающаяся
поражением центральной нервной системы, головного мозга, в
89
Биорегуляторы - 3
индустриально развитых странах достигает 3-5% [4]. Заболеваемость ГУС составляет до
3,5 случая на 100 000 детей, однако заболеть им могут и дети старшего возраста, и
взрослые. На сегодняшний день летальность в мире от ГУС составляет от 3 до 5%, на
Украине -
15%, в России -
Выздоравливает 70-80%
10%, а в Республике Беларусь примерно 2,5% [5].
детей. Несмотря на то, что летальность у маленьких детей
снизилась, когда диализ стал доступен, все же 3-5% больных умирают во время острой
фазы болезни, у 12% развивается терминальная хроническая почечная недостаточность, у
25% остается снижение клубочковой фильтрации (рис. 1).
Образование колонии
микроорг а низков
и выработка токсина
70-80%
выздоровление
3-5%
потальный
исход
Инфецирование
Е. Со/»
,
Кровавая диарея
лихорадка
10-12%
терминальная
хроническая
почечная
недотаточность
20-25%
снижение клубочковой
фильтрации
Рисунок 1 - Схематическое изображение течения гемолитико-уремичекого синдрома у
детей
Несмотря на проводимые в течение последних лет многочисленные исследования,
связанные с Stx-ГУС, и использование новых медицинских технологий в лечении до сих
пор нет окончательного мнения о патогенетических механизмах, не установлена роль и
участие в них различных звеньев иммунной системы, что, в свою очередь, не позволяет
формировать
группы
патогенетически
риска,
четко
сформулировать
принципиальные
обоснованной терапии этого заболевания
подходы
и прогнозированию
к
его
течения. До настоящего времени вопросы этиологии, патогенеза, диагностики и лечения
ГУС остаются недостаточно изученными и важными для клинической педиатрии.
Роль иммунной системы в развитии ГУС
В настоящее время общепризнанным является мнение о ведущей роли иммунной
системы в развитии основных заболеваний человека, которые в большинстве своем
являются иммуно-опосредованными. Доказательством участия иммунной системы в
развитии Stx-ГУС служит, прежде всего, тот факт, что основным этиологически значимым
фактором являются бактерии E.coli - представители нормальной флоры кишечника,
90
Биорегуляторы - 3
относящиеся к условно-патогенным микроорганизмам, которые лишь в определенных
условиях обуславливают развитие этого заболевания. И можно полагать, что именно
ослабление функций иммунной системы у детей младшего возраста, когда механизмы
иммунной
системы
недостаточно
полно
сформированы,
или
наличие
вторичных
иммунодефицитов чаще всего приводят к развитию ГУС. Е. coli вызывает повреждение
кишечника и поступление в циркуляцию веротоксина. Последний действует на клетки,
имеющие специфические рецепторы к нему, которые обнаружены в эндотелии почек,
кишечника, ЦНС. Кроме того, обнаружение рецепторов к Stx-токсину
не только на
клетках эндотелия, но и на полиморфно-ядерных нейтрофилах, тромбоцитах, моноцитах,
эритроцитах
-
функционально
значимых
популяциях
клеток
иммунной
системы,
подтверждает ее участие в патогенетических механизмах Stx-ГУС.
Наибольшее скопление таких рецепторов отмечено в эндотелии гломерул и
мезангии почек. В результате эндоцитоза веротоксин проникает в клетку и приводит к
блокаде синтеза белка (цитотоксическое действие). Кроме этого, липополнсахариды
Е. coli стимулируют синтез цитокинов (интерлейкинов, TNF), которые активируют
нейтрофилы с образованием протеаз, что усиливает повреждение эндотелия. В результате
повреждения эндотелиальных клеток наступает каскад событий, которые завершаются
образованием
тромбоцит-фибрин-гиалиновых
микротромбов,
закрывающих
мелкие
артерии и капилляры. В результате сужения или облитерации их просвета снижается
скорость
клубочковой
фильтрации,
уменьшается
перфузия
почечных
канальцев,
развивается их вторичная дисфункция или некроз. У части больных течение ГУС
характеризуется вовлечением в процесс многих органов и систем. Это объясняется тем,
что тромботическая микроангиопатия поражает не только сосуды почек, но и головного
мозга, кишечника, печени, поджелудочной железы, легких, сердца. Тромбоцитопения и
гемолитическая
анемия
обусловлены
микроангиопатией:
повышенное
потребление
тромбоцитов из-за их агрегации и разрушения, механическое повреждение эритроцитов во
время продвижения по измененной капиллярной сети [6].
Наличие
тесных
взаимосвязей
между
нервной,
эндокринной
и
иммунной
системами, которые осуществляются через продукцию и секрецию клеточных медиаторов
(нейропептидов, гормонов, цитокинов, катехоламинов и др.), общность химических
механизмов
и
взаимодействия
представительством
иммунокомпетентные
в
перечисленных
висцеральных
клетки,
органах
позволили
ввести
систем,
через
понятие
обусловленные
апудоциты,
нейроны
их
и
иммунонейроэндокринной
системы и рассматривать ее как единую функционально-метаболическую систему, в
которой
молекулярные
и
клеточные
механизмы
91
иммунонейроэндокринных
Биорегуляторы - 3
взаимодействий играют ключевую роль в обеспечении как локальных, так и общих
регуляторных биологических эффектов, а названная система в целом обеспечивает и
контролирует гомеостаз и функциональную целостность организма человека в норме и
при патологии.
Диагностика Г У С
Лабораторная оценка ГУС включает рутинные исследования: общий анализ крови
(тромбоциты,
лейкоциты,
гемоглобин),
биохимический
анализ крови
(определение
электролитов, печеночных ферментов и билирубина, мочевины и креатинина, общего
белка и альбуминов), коагуляционного профиля, а также культуральные исследования
крови и кала. Особое внимание следует уделить выявлению патогенных штаммов
кишечной палочки, в частности 0157:Н7, которому приписывается ведущая роль в
патогенезе ГУС. Лабораторная диагностика шига-токсин ассоциированного ГУС сложна и
требует использования специальных питательных сред с сорбитолом для выделения E.coli
0157. Кроме того, определения только серотипа 0157 недостаточно, необходимо доказать
присутствие веротоксина, который могут выделять не только штаммы E.coli 0157) [7, 8].
В последние
годы
появилась
возможность
обнаружения
широкого
спектра
специфических биомаркеров в сыворотке крови и моче методом иммуноферментного
анализа (ИФА), что значительно расширило диагностический потенциал лабораторий при
подозрении на наличие ГУС.
Определение маркеров ГУС
Несмотря на достигнутые успехи в лечении данного заболевания в Республике
Беларусь практически отсутствуют исследования,
отдельных
звеньев
иммунной
системы
на
направленные на оценку
различных
стадиях
роли
заболевания:
в
первоначальный его период, в динамике манифестации и при выздоровлении. До сих пор
не проведена комплексная динамическая оценка состояния различных звеньев иммунной
системы у больных Stx-ГУС: врожденного и адаптивного (клеточного и гуморального)
иммунитета, основных типов иммуномодулирующих молекул и их взаимосвязь с целым
рядом гормонов.
Как упоминалось ранее у большинства пациентов с ГУС может развиться острая
почечная недостаточность (ОПН). ОПН представляет собой резкое снижение функции
почек, которая приводит к задержке продуктов азотистого обмена и нарушениям водноэлектролитного и кислотно-щелочного баланса [9]. Данная патология часто обусловлена
критическим состоянием ребенка, при котором одна или несколько жизненно важных
функций организма существенно ограничены либо полностью выключены [10].
92
Биорегуляторы - 3
Последние
раннему
несколько лет проведено множество исследований,
выявлению
специфических
маркеров
необходимых для ранней диагностики
острого
почечного
посвященных
повреждения,
и направленного лечения острой
почечной
недостаточности. Критерии ОПН основаны на показателях концентрации сывороточного
креатинина
и количества
обеспечивают
выделяемой
раннего обнаружения
мочи.
Это поздние
возможности
развития
показатели,
ГУС. Их
и они
не
практическая
ценность, в лучшем случае, весьма ограниченна. В частности, повышенные уровни
сывороточного креатинина не информативны ни в отношении точности времени, когда
наступает острое повреждение почек (ОПП), ни в отношении его локализации, ни, тем
более, в отношении тяжести клубочкового или канальцевого поражения [11]. В целом, как
показывают многочисленные исследования, высокий сывороточный креатинин является
поздним маркером повреждения почек, его уровень может варьировать в широком
диапазоне в зависимости от многих неренальных факторов (возраста, пола, мышечной
массы, гидробаланса и др.), до 50% ренальных функций может быть утрачено еще до
повышения уровня креатинина. То есть уровень креатинина не отражает функции почекдо того момента, пока не установится патологическое состояние (т.е. через 2-3 дня после
наступления ОПП).
В настоящее время в литературе обсуждается возможность использования хтя
диагностики и прогнозирования развития и исхода ГУС маркеров, относящихся к группе
биомаркеров ОПП, что может позволить в самые ранние сроки
патологию,
уровень
реабилитационные
повреждения
мероприятия
и
по
своевременно
предупреждению
диагностировать
применить
лечебные
развития
и
хронизации
патологического процесса.
По данным
зарубежных
авторов
на
сегодняшний
день
одними
из
самых
перспективных в диагностике ГУС являются липокалин-2 (NGAL), интерлейкин-18 (IL18) в сыворотке крови и моче [12, 13, 14].
NGAL
В последние годы был найден маркер, концентрация которого при остром
повреждении почек нарастает в течение первых часов от начала патологического процесса
и отражает остроту и тяжесть поражения почек - липокалин-2, ассоциированный с
желатиназой нейтрофилов (NGAL). NGAL - белок с молекулярной массой 25 кДа.
Первоначально NGAL был выделен из супернатанта активированных
нейтрофилов
человека, однако позднее более детальные исследования показали, что NGAL может
синтезироваться в разных органах и различными типами клеток (например, геиатоцитами,
адипоцитами, клетками почечных канальцев и др.). Липокалин-2 является острофазовым
93
Биорегуляторы - 3
белком.
Его
основные
функции
заключаются
в
стимулировании
пролиферации
поврежденных клеток, в первую очередь, эпителиальных, а также в противодействии
бактериальным инфекциям [15].
В почках NGAL является ранним маркером их острого повреждения. При ОПП
происходит быстрый и массивный синтез NGAL в восходящем колене петли Генле и
собирательных трубках, затем он поступает в мочу и, как бактериостатик, защищает
мочевой тракт от инфекций. Именно такой, «ренальный» NGAL составляет наибольшую
фракцию NGAL в моче (u-NGAL). Источником повышенного уровня NGAL в сыворотке
(s-NGAL) могут служить нейтрофилы, макрофаги, эпителиальные клетки легких и печени.
s-NGAL поступает в почки и реабсорбируется в проксимальных канальцах, не выходит в
мочу, при ОПП способствует ограничению и/или уменьшению тяжести повреждения в
проксимальных канальцах (рис. 2).
Клубочковая фильтрация
N G A L из плазмы
I
С и с т е м н а я рециркуляция
почечного N G A L
(высокие уровни)
С н и ж е н н а я реабсорбция
N G A L в поврежденных
проксимальных канальцах
т
Индукция экспрессии
N G A L в дистальном
нефроне
I
Экскреция больших количеств
N G A L с мочой
Рисунок 2 - NGAL при остром повреждении почек
Наблюдается индукция экспрессии NGAL в эпителии дистального канальца, в результате
чего повышается содержание NGAL в моче, сыворотке и плазме крови. Кроме того,
снижение реабсорбции NGAL в проксимальных канальцах усиливает его выделение с
мочой
В ответ на повреждение ренальных канальцев уровень NGAL резко возрастает как
в плазме крови (уровень сывороточного NGAL (s-NGAL) повышается в 7-16 раз), так и в
моче (уровень NGAL в моче (u-NGAL) увеличивается в 25-1000 раз). При этом экскреция
NGAL с мочой на 24-48 часов опережает повышение концентрации креатинина в
94
Биорегуляторы - 3
сыворотке крови [16]. Кроме того, установлено, что высокий уровень выделения NGAL с
мочой является предиктором неблагоприятного исхода при остром повреждении почек.
Наиболее высокий пограничный уровень NGAL в моче у детей - 100-135 нг/мл [17].
IL-18
Оценка
количественного
содержания
цитокинов
-
важнейших
эндогенных
иммуномодулирующих молекул, медиаторов межклеточного взаимодействия, которые
участвуют
в
обеспечении
практически
всех
физиологических
и
патологических
процессов, защитных реакций организма при внедрении в него инфекционных агентов,
формировании
иммунопатологических
процессов
и
восстановлении
поврежденных
тканей, позволяет судить об активационных ситуациях в иммунной системе. Одним из
представителей данного класса соединений, наиболее значимым для нашего исследования
является интерлейкин-18 (1L-18).
IL-18, представитель класса цитокинов, играет роль как медиатор воспаления,
активируя макрофагальный ответ, так и является медиатором ишемического повреждения
почек. При остром повреждении почек секретируется в мочу проксимальным трубчатым
эпителием после действия
нефротоксических
факторов. Его концентрация в моче
максимальна при остром повреждении почек [14].
В соответствии с существующими представлениями о механизмах действия IL-18,
данный маркер может обладать низкой чувствительностью, но высокой специфичностью.
Или иными словами, у многих больных с острым повреждением почек концентрация IL18
может
оставаться
в
пределах
относительной
нормы,
тогда
как
увеличение
концентрации с большей степенью вероятности свидетельствует об остром повреждении
почек. Количественная оценка IL-18 в моче позволяет определить на самой ранней стадии
повреждение, вызванное ишемией или нефротоксинами [18].
Заключение
Использование биологических маркеров ГУС многими экспертами видится в
области, прежде всего, дополнительного скрининга данного заболеваний. С этой целью
предлагается система мультимаркерной диагностики с параллельным выполнением тестов
по нескольким маркерам, что позволит повысить диагностическую и прогностическую
ценность при диагностике Stx-ГУС. Можно надеяться, что подобный подход сможет
минимизировать скрининговую ошибку при идентификации пациентов с Stx-ГУС.
Таким образом, проведение количественной оценки NGAL и IL-18 в
крови
и
моче
с
помощью
высокочувствительных
и
специфичных
сыворотке
методов
иммунохимического анализа, основанных на достижениях современной биотехнологии,
позволит не только выявить изменения содержания данных молекул, но и оценить их
95
Биорегуляторы - 3
участие
в нарушения
функционирования
различных
звеньев
иммуноэндокринного
гомеостаза, с одной стороны, а с другой - разработать количественные диагностические,
патогенетические и прогностические критерии Stx-ГУС у детей и на этой основе
оптимизировать
подходы
к
диагностике
этого
заболевания,
патогенетически
обоснованной терапии и обоснованию при необходимости целесообразности проведения
иммунокоррегирующего лечения.
Использование
разработанной
научно-обоснованной
методологии
позволит
оптимизировать диагностику, патогенетически обоснованную терапию и прогнозировать
исход заболевания и, как следствие, снизить заболеваемость, степень тяжести и частоту
неблагоприятных исходов при Stx-ГУС.
Литература
1. Байко С. В. // Нефрология и диализ. 2007. Т. 9, № 4. С. 377-386.
2. Филатов Л. В., Щинов А. И., Трофимов А. А. и соавт. // Редкие гематологические
болезни и синдромы. Под ред. М.А. Волковой. М.: Практическая медицина. 2011.
3. Bae W. К., Lee Y. К., Cho М. S. et al. // Yonsei Med. J. 2006. V. 47, № 3. P. 437-439.
4. Попа А. В., Лифшиц В. П., Эмирова X. М. и соавт. // Педиатрия. 2011. Т. 90, № 4. С.
134-140.
5. Бураковский Н. И. // Инфекционные
болезни человека: материалы V съезда
инфекционистов. Минск. 2003. С. 79-86.
6. Миронов Л. Л. // Интенсивная терапия острой почечной недостаточности. Минск.2006.
7. Coombes В. К., Wickham М. Е., Mascarenhas М. et al. // Appl. Environ. Microbiol. 2008.
V. 74, № 7 . P. 2153-2160.
8. Zheng J., Cui S., Teel L. D., et al. // Appl. Environ. Microbiol. 2008. V.74, № 18. P. 56455652.
9. Даминова M. А., Сафина А. И., Хамзина Г. A. // Вестник современной клинической
медицины. 2013. Т. 6, № 6. С. 62-70.
10. Zaccaria R. // Nephrol. Dial. Transplant. Published by Oxford University Press on behalf of
ERA-EDTA. 2013.
11. Mori K . / / J . Clin. Invest. 2005. № 115. P. 610-621.
12. Сафина А. И., Даминова M. A. // Педиатрия. 2012. Т. 9, № 6. С. 41-44.
13. Honore P. M., Joannes-Boyau O., Boer W. // Intensive Care Med. 2007. № 33. P. 1866-1868.
14. Parikh C. R., Jani A., Melnikov V. Y. et al. // Am. J. Kidney Dis. 2004. V. 43. P. 405-414.
15. Devarajan P. // Expert Opin. Med. Diag. 2008. V. 2, №> 4. P. 387-398.
16. Wagener G., Jan M., Kim M. et al. // Anesthesiology. 2006. V. 105. P. 485-491.
17. Askenazi D. J., Namasivayam A., Stuart L. G // Pediatr. Nephrol. 2009. V. 24. P. 265-274.
18. Coca S. G., Yalavarthy R„ Concato J. et al. // Kidney Int. 2008. V. 73. P. 1008-1016.
96