Элементный состав мокроты, иммунный статус и особенности микробиоты слизистой оболочки зева у работников анодного отделения медеплавильного производства

Формирование патологии бронхов и лёгких зависит от характеристик воздействующих аэрозолей и индивидуальной устойчивости организма, весомый вклад в которую вносит иммунная система. Слизистые оболочки у здорового человека колонизированы сапрофитными микроорганизмами или «нормофлорой». Однако, изменения состава и свойств микробного пейзажа, при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды, повышают риск развития воспаления и способствуют изменению реактивности иммунной системы.

Цель исследования — изучить иммунный статус, микрофлору слизистой оболочки зева и элементный состав мокроты у работников анодного отделения медеплавильного производства в зависимости от её клеточного состава для разработки биомаркеров воспаления.

Проведено исследование общего анализа и элементного состава мокроты, клинико-иммунологического статуса, микрофлоры слизистой оболочки зева у 28 плавильщиков анодного отделения медеплавильного производства. По результатам исследования выделены 2 группы: 1 — работники, у которых был обнаружен лейкоцитоз в мокроте (более 10 клеток в поле зрения), 2 — работники без изменений в мокроте.

По результатам осмотра у обследованных работников не установлено острых и хронических заболеваний бронхолёгочной системы. В 1 группе выявлены сдвиги иммунного ответа, проявляющиеся снижением количества иммунокомпетентных клеток, активацией нейтрофильного фагоцитоза и образования активных форм кислорода в нейтрофилах; обнаружено вытеснение нормальной микрофлоры слизистой оболочки орофарингеальной области условно-патогенными микроорганизмами (у 100% против 35%, р<0,05); элементный состав мокротыхарактеризуется более высокой частотой обнаружения железа и свинца и повышенными концентрациями бария, свинца, железа, мышьяка, молибдена, сурьмы, ванадия и кадмия; установлено значимое влияние содержащихся в мокроте металлов на клеточный, гуморальный и топический иммунитет.

Таким образом, реакция воспаления в бронхолёгочной системе при воздействии аэрозолей, содержащих токсические элементы, сопровождается изменением клеточного и фагоцитарного звеньев иммунитета, изменением микробного пейзажа на слизистой оболочке верхних дыхательных путей, характеризующееся вытеснением «нормофлоры» условно-патогенными микроорганизмами.

Ограничения исследования. Данное исследование имеет некоторые ограничения, связанные с малочисленностью обследованной группы и отсутствием возможности сравнить полученные результаты определения концентрации металлов в мокроте с референсным уровнем.

Этика. Исследование одобрено Локальным этическим комитетом ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора (выписка из протокола заседания № 8 от 26.12.2016 г.).

Участие авторов:
Карпова Е.П. — концепция и дизайн исследования, написание текста;
Бушуева Т.В. — концепция и дизайн исследования, написание текста;
Рослая Н.А. — концепция и дизайн исследования, написание текста;
Штин Т.Н. — проведение физико-химического анализа мокроты;
Федорук А.А. — описание условий труда изучаемого контингента;
Гурвич В.Б. — концепция исследования;
Лабзова А.К. — выполнение клинических исследований;
Грибова Ю.В. — выполнение клинических исследований;
Газимова В.Г. — подбор контингентов для обследования;
Хлыстов И.А. — математическая обработка.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Конфликт интересов отсутствует.

Дата поступления: 08.11.2024 / Дата принятия к печати: 02.12.2024 / Дата публикации: 10.12.2024

1. Семенов С.А., Хасанова Г.Р. Факторы риска формирования резистентности Streptococcus pneumoniae к антибиотикам. Практическая медицина. 2020; 18(6): 113–118. https://doi.org/10.32000/2072-1757-2020-6-113-118

2. Forte G., Bocca B., Pisano A., Collu C., Farace C., Sabalic A., et al. The levels of trace elements in sputum as biomarkers for idiopathic pulmonary fibrosis. Chemosphere. 2021; 271: 129514. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.129514

3. Прозорова Г.Г., Бурлачук В.Т., Трибунцева Л.В., Олышева И.А., Никонорова М.В. Клеточный состав индуцированной мокроты у больных бронхиальной астмой как прогностический критерий эффективности лечения заболевания. Журнал анатомии и гистопатологии. 2016; 5(1): 52–57. https://doi.org/10.18499/2225-7357-2016-5-1-52-57

4. Cao C., Li W., Hua W., Yan F., Zhang H., Huang H. et al. Proteomic analysis of sputum reveals novel biomarkers for various presentations of asthma. J. Transl. Med. 2017; 15(1): 171. https://doi.org/10.1186/s12967-017-1264-y

5. Suzuki T., Hidaka T., Kumagai Y., Yamamoto M. Environmental pollutants and the immune response. Nat. Immunol. 2020; 21(12): 1486–95. https://doi.org/10.1038/s41590-020-0802-6

6. Меньшиков В.В. Лабораторные методы исследования в клинике. М.: Медицина; 1987.

7. Walsh D., Bevan J., Harrison F. How does airway surface liquid composition vary in different pulmonary diseases, and how can we use this knowledge to model microbial infections? Microorganisms. 2024; 12(4): 732. https://doi.org/10.3390/microorganisms12040732

8. Monsé C., Westphal G., Raulf M., Jettkant B., van Kampen V., Kendzia B. et al. No inflammatory effects after acute inhalation of barium sulfate particles in human volunteers. BMC Pulm. Med. 2022; 22(1): 233. https://doi.org/10.1186/s12890-022-02021-y

9. Skalny A.V., Lima T.R.R., Ke T., Zhou J.C., Bornhorst J., Alekseenko S.I., et al. Toxic metal exposure as a possible risk factor for COVID-19 and other respiratory infectious diseases. Food Chem. Toxicol. 2020; 146: 111809. https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111809

10. Ray P., Haideri N., Haque I., Mohammed O., Chakraborty S., Banerjee S., et al. The impact of nanoparticles on the immune system: A gray zone of nanomedicine. J. Immunol. Sci. 2021; 5(1): 19–33. https://doi.org/10.29245/2578-3009/2021/1.1206

11. Kumah E.A., Fopa R.D., Harati S., Boadu P., Zohoori F.V., Pak T. Human and environmental impacts of nanoparticles: A scoping review of the current literature. BMC Public Health. 2023; 23(1): 1059. https://doi.org/10.1186/s12889-023-15958-4

12. Кацнельсон Б.А., Привалова Л.И., Дегтярёва Т.Д., Кузьмин С.В., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Ерёменко О.С., Киреева Е.П., Ходос М.Я., Козицина А.Н., Шур В.Я., Николаева Е.В., Валамина И.Е., Бейкин Я.Б., Тулакина Л.Г. К сравнительной характеристике токсичности и опасности частиц разного размера в нано-и микрометровом диапазонах. Здоровье населения и среда обитания. 2011; 5: 32–36.

13. Wang Z., Sun Y., Yao W., Ba Q., Wang H. Effects of cadmium exposure on the immune system and immunoregulation. Front. Immunol. 2021; 12: 695484. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.695484

14. Mirkov I., Popov Aleksandrov A., Ninkov M., Tucovic D., Kulas J., Zeljkovic M. et al. Immunotoxicology of cadmium: Cells of the immune system as targets and effectors of cadmium toxicity. Food Chem. Toxicol. 2021; 149: 112026. https://doi.org/10.1016/j.fct.2021.112026

15. Dai L., Xu W., Li H., Frank J.A., He C., Zhang Z., et al. Effects of hexavalent chromium on mouse splenic T lymphocytes. Toxicol. In Vitro. 2017; 45(1): 166–171. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2017.09.006

16. Genchi G., Carocci A., Lauria G., Sinicropi M.S., Catalano A. Nickel: Human health and environmental toxicology. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020; 17(3): 679. https://doi.org/10.3390/ijerph17030679

17. Wu Q., Mu Q., Xia Z., Min J., Wang F. Manganese homeostasis at the host–pathogen interface and in the host immune system. Semin. Cell Dev. Biol. 2021; 115: 45–53. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2020.12.006

18. Vieceli T., Tejada S., Martinez-Reviejo R., Pumarola T., Schrenzel J., Waterer G.W., et al. Impact of air pollution on respiratory microbiome: A narrative review. Intensive Crit. Care Nurs. 2023; 74: 103336. https://doi.org/10.1016/j.iccn.2022.103336

19. Wang Y., Tang M. PM2.5 induces autophagy and apoptosis through endoplasmic reticulum stress in human endothelial cells. Sci. Total Environ. 2020; 710: 136397. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136397