Хроническая обструктивная болезнь лёгких в условиях воздействия промышленных аэрозолей, содержащих наночастицы: особенности воспаления и фенотип

Введение. Влияние наночастиц промышленных аэрозолей на развитие профессиональной бронхолёгочной патологии все ещё изучено недостаточно. Свойства наночастиц индуцировать воспаление и фиброз позволяют предполагать их влияние на фенотип профессиональной хронической обструктивной болезни лёгких (ПХОБЛ).

Цель исследования — определить распределение субпопуляций моноцитов, клеточный тип воспаления, клинико-функциональные особенности профессиональной хронической обструктивной болезни лёгких в условиях воздействия аэрозолей, содержащих наночастицы.

Материалы и методы. Дизайн исследования — одноцентровое проспективное когортное наблюдательное. Включены больные ПХОБЛ (критерии GOLD 2011–2021), работавшие в условиях воздействия аэрозолей, содержащих наночастицы (n=50). Группа сравнения — ХОБЛ вследствие курения табака (n=50), контроль — условно здоровые (n=50). Группы были сопоставимы по демографическим показателям, длительности ХОБЛ. Наночастицы воздуха рабочей зоны определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (АЭС ИСП) и методом сканирующей электронной микроскопии. На рабочих местах 26 наблюдаемых наибольшей была массовая концентрация наночастиц металлов, 24 — наночастиц кремния. Проведены спирография, бодиплетизмография, оценка диффузионной способности лёгких по монооксиду углерода (DLco/Va), допплер-эхокардиография, цитологическое исследование индуцированной мокроты, оценка обострений, исследование субпопуляций моноцитов крови методом проточной цитометрии. Взаимосвязи определяли методом линейной регрессии.

Результаты. У больных ПХОБЛ в условиях воздействия аэрозолей с наночастицами металлов выявлены: наибольшая тяжесть бронхообструкции, легочной гиперинфляции, легочной гипертензии, наименьшие значения DLco/Vа, частые обострения, воспаление с эозинофилией. Определены наибольшая частота «классических» CD14+CD16– моноцитов, 96,4% (90,3%; 97,2%), высокий уровень экспрессии CCR5. У больных ПХОБЛ от воздействия аэрозолей с наночастицами кремния наблюдали значительное снижение DLco/Vа, наименьшую тяжесть бронхообструкции, лёгкое увеличение объёмных показателей, редкие обострения, пауцигранулоцитарное воспаление. Выявлена наибольшая доля «неклассических» CD14^DimCD16+ моноцитов — 20,1% (16,1%; 22,5%), значительный уровень экспрессии CCR2. Определены достоверные взаимосвязи массовой концентрации наночастиц металлов и «классических моноцитов» (В=1,5), наночастиц кремния и «неклассических моноцитов» (В=1,4). При этом «классические моноциты» были достоверными предикторами DLco (В=–1,6), функциональной остаточной емкости лёгких (В=1,2), среднего давления в легочной артерии (В=–1,4), воспаления с эозинофилией (В=1,3), «неклассические» моноциты — DLco (В=–1,5), пауцигранулоцитарного воспаления (В=1,2), р<0,015.

Выводы. Воздействие наночастиц промышленных аэрозолей ассоциировано с распределением субпопуляций циркулирующих моноцитов, клеточным типом воспаления и фенотипом ПХОБЛ.

1. Бухтияров И.В. Современное состояние и основные направления сохранения и укрепления здоровья работающего населения России. Медицина труда и промышленная экология. 2019; 59(9): 527-32. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2019-59-9-527-532

2. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2020 году: Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. 2021: 256.

3. Фатхутдинова Л.М., Халиуллин Т.О., Залялов Р.Р., Ткачёв А.Г., Бирч М.Э., Шведова А.А. Гигиеническая оценка аэрозоля многослойных углеродных нанотрубок в производственных условиях. Российские нанотехнологии. 2016; 11(1-2): 85-90. https://doi.org/10.1134/S1995078016010055

4. Sarwar F., Malik R.N., Chow C.W., Alam K. Occupational exposure and consequent health impairments due to potential incidental nanoparticles in leather tanneries: An evidential appraisal of south Asian developing countries. Environ Int. 2018; 117: 164-74. https://doi.org/10.1016/j.envint.2018.04.051

5. Zhang S., Gao H., Bao G. Physical Principles of Nanoparticle Cellular Endocytosis. ACS Nano. 2015; 9(9): 8655-71. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b03184

6. Shvedova A.A., Yanamala N., Kisin E.R., Khailullin T.O., Birch M.E., Fatkhutdinova L.M. Integrated Analysis of Dysregulated ncRNA and mRNA Expression Profiles in Humans Exposed to Carbon Nanotubes. PLoS One. 2016; 11(3): e0150628. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0150628

7. Mo Y., Jiang M., Zhang Y., Wan R., Li J., Zhong C.J. et al. Comparative mouse lung injury by nickel nanoparticles with differential surface modification. J Nanobiotechnology. 2019; 17(1): 2. https://doi.org/10.1186/s12951-018-0436-0

8. Gliga A.R., Di Bucchianico S., Lindvall J., Fadeel B., Karlsson H.L. RNA-sequencing reveals long-term effects of silver nanoparticles on human lung cells. Sci Rep. 2018; 8(1): 6668. https://doi.org/10.1038/s41598-018-25085-5

9. Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease, 2021 report. Available from URL.: https://goldcopd.org/wp-content/uploads/2020/11/GOLD-REPORT-2021-v1.1-25Nov20_WMV.pdf Assessed 13.07.2021

10. Айсанов З.Р., Авдеев С.Н., Архипов В.В., Белевский А.С., Лещенко И.В., Овчаренко С.И. и др. Национальные клинические рекомендации по диагностике и лечению хронической обструктивной болезни лёгких: алгоритм принятия клинических решений. Пульмонология. 2017; 27(1): 13-20. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2017-27-1-13-20

11. Чучалин А.Г., Айсанов З.Р., Чикина С.Ю., Черняк А.В., Калманова Е.Н. Федеральные клинические рекомендации Российского респираторного общества по использованию метода спирометрии. Пульмонология. 2014; (6): 11-24. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2014-0-6-11-24

12. Graham B.L., Steenbruggen I., Miller M.R., Barjaktarevic I.Z., Cooper B.G., Hall G.L. et al. Standardization of Spirometry 2019 Update. An Official American Thoracic Society and European Respiratory Society Technical Statement. Am J Respir Crit Care Med. 2019; 200(8): e70-e88. https://doi.org/10.1164/rccm.201908-1590ST

13. Савушкина О.И., Черняк А.В. Клиническое применение метода бодиплетизмографии. Атмосфера. Пульмонология и аллергология. 2013; 2: 38-41.

14. Graham B.L., Brusasco V., Burgos F., Cooper B.G., Jensen R., Kendrick A. et al. 2017 ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J. 2017 Jan 3; 49(1): 1600016.

15. Pavord I.D., Lettis S., Anzueto A., Barnes N. Blood eosinophil count and pneumonia risk in patients with chronic obstructive pulmonary disease: a patient-level meta-analysis. Lancet Respir Med. 2016; 4(9): 731-41. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(16)30148-5

16. Haldar P., Pavord I.D. Noneosinophilic asthma: a distinct clinical and pathologic phenotype. J Allergy Clin Immunol. 2007; 119(5): 1043-52. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2007.02.042

17. Луценко Л.А., Ракитский В.Н., Ильницкая А.В., Егорова А.М., Гвоздева Л.Л. Особенности действия наноразмерных аэрозолей и меры безопасности. Медицина труда и промышленная экология. 2016; 3: 6-11.

18. Pelclova D., Zdimal V., Komarc M., Vlckova S., Fenclova Z., Ondracek J. et al. Deep Airway Inflammation and Respiratory Disorders in Nanocomposite Workers. Nanomaterials (Basel). 2018; 8(9): 731. https://doi.org/10.3390/nano8090731

19. Han H., Park Y.H., Park H.J., Lee K., Um K., Park J.W. et al. Toxic and adjuvant effects of silica nanoparticles on ovalbumin-induced allergic airway inflammation in mice. Respir Res. 2016; 17(1): 60. https://doi.org/10.1186/s12931-016-0376-x

20. Afroz T., Hiraku Y., Ma N., Ahmed S., Oikawa S., Kawanishi S. et al. Nitrative DNA damage in cultured macrophages exposed to indium oxide. J Occup Health. 2018; 60(2): 148-55. https://doi.org/10.1539/joh.17-0146-OA

21. Kapellos T.S., Bonaguro L., Gemünd I., Reusch N., Saglam A., Hinkley E.R. et al. Human Monocyte Subsets and Phenotypes in Major Chronic Inflammatory Diseases. Front Immunol. 2019; 10: 2035. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.02035

22. Cornwell W.D., Kim V., Fan X., Vega M.E., Ramsey F.V., Criner G.J. et al. Activation and polarization of circulating monocytes in severe chronic obstructive pulmonary disease. BMC Pulm Med. 2018; 18(1): 101. https://doi.org/10.1186/s12890-018-0664-y

23. Шпагина Л.А., Котова О.С., Сараскина Л.Е., Ермакова М.А. Особенности клеточно-молекулярных механизмов профессиональной хронической обструктивной болезни лёгких. Сибирское медицинское обозрение. 2018; 2(110): 37-45. https://doi.org/10.20333/2500136-2018-2-37-45

24. Costa C., Traves S.L., Tudhope S.J., Fenwick P.S., Belchamber K.B., Russell R.E. et al. Enhanced monocyte migration to CXCR3 and CCR5 chemokines in COPD. Eur Respir J. 2016 Apr; 47(4): 1093-102. https://doi.org/10.1183/13993003.01642-2015