Influence of heavy metals on the immune system and development of atopic eczema in children

Full Text

Влияние металлов на состояние иммунитета и развитие атопического дерматита у детей [*]

 

В настоящее время известно около 10 миллионов химических соединений, примерно 70 тысяч из них внесены в Международный регистр как потенциально токсичные и около одной тысячи — как высоко токсичные вещества [3]. К одной из групп ксенобиотиков относятся тяжелые металлы (свинец, ртуть, кобальт, цинк, медь, железо и др.), поступающие в биосферу при сгорании органического топлива или с заводов, выплавляющих эти металлы из руд.

Детскую заболеваемость и снижение иммунобиологической реактивности ряд авторов связывают с загрязнением внешней среды [1, 5]. Исследователи главным образом основываются на сопоставлении загрязнения биосферы с частотой респираторных инфекций и ростом аллергических заболеваний [1, 4].

Иммуномодулирующие свойства тяжелых металлов отражены в ряде как экспериментальных [9, 10], так и клинических исследований. Известно, что у больных атопией тяжелые металлы усиливают недостаточность Т-супрессоров [5, 7], вызывают повышение уровня IgE в крови [6]. При аутоиммунных процессах под действием различных ксенобиотиков, в том числе тяжелых металлов [8], происходят изменение фенотипа лимфоцитов и солюбилизация мембранных антигенов HLA.

Ряд важных промышленных контаминант, в частности цинк и медь, наряду с этим являются в определенных дозах жизненно необходимыми. Загрязнение ими окружающей среды может привести к их более или менее выраженному накоплению в организме [2]. Влияние же избыточных количеств эссенциальных микроэлементов мало исследовано в патогенетическом отношении.

Учитывая биологическую роль, иммуномодулирующие свойства и тесную взаимосвязь обмена таких металлов, как цинк, медь, железо и магний, мы изучили их влияние на иммунитет детей, больных атопическим дерматитом в конкретной экологической обстановке.

Казань как крупный промышленный центр является локальным экстремально-аномальным центром по состоянию загрязненности окружающей среды тяжелыми металлами. По данным наших исследований, содержание цинка в почве, растительности, снежном покрове выше в среднем в 2—4 раза по сравнению с таковым в экологически чистых сельских районах Татарстана, содержание меди повышено в среднем в 1,5—2 раза. Исследование этих микроэлементов в сыворотке крови показало достоверное повышение содержания цинка у жителей Казани по сравнению с таковым у жителей сельской местности (Р<0,001); уровень меди в сыворотке крови городского и сельского населения одинаков и не отличается от допустимых норм (рис. 1).

 

Рис. 1. Содержание микроэлементов в сыворотке крови здоровых лиц (мкг/мл): а—і городское население, b — сельское население.

 

Нами обследовано 100 городских детей от 4 до 14 лет, больных атопическим дерматитом. В контрольную группу вошли 28 здоровых детей от 4 до 14 лет, 26 здоровых лиц от 15 до 40 лет, проживающих в Казани, 20 здоровых лиц от 15 до 40 лет из сельской местности республики.

Были проведены общеклиническое, аллергологическое обследования; иммунологические тесты: определение количества Т- и В-лимфоцитов методами спонтанного и комплементарного розеткообразования, теофиллинрезистентных и теофиллинчувствительных (ТФР и ТФЧ) лимфоцитов, тест БТЛ с ФГА и КОН-А, определение содержания иммуноглобулинов A, M, G в сыворотке крови, SIgA, IgG в cлюне по Манчини, общего IgE в сыворотке крови и слюне методом иммуноферментного анализа, HCT-тест (спонтанный и стимулированный варианты), фагоцитарный индекс с латексом. В сыворотке крови определяли содержание микроэлементов (цинк, медь, железо) и микроэлемента магния методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Полученные данные обработаны методами многомерной статистики (корреляционный и факторный анализы) на ПЭВМ IBM РС/АN

Содержание микроэлементов и макроэлементов магния у больных атопическим дерматитом определяли в периоды обострения и ремиссии основного заболевания. Установлено, что у больных атопическим дерматитом с отягощенным аллергологическим анамнезом (рис. 2) в периоде обострения происходит достоверное снижение уровня цинка (Р<0,01) и железа (Р<0,02) и повышение в сыворотке крови уровня меди (Р<0,01). Считаем, что этот факт является классическим примером взаимодействия данных микроэлементов и отражает их перераспределение в органах и тканях при обострении атопического дерматита, что описано при ряде других состояний, например при инфекциях, травмах, низком содержании белка в пище, беременности [2].

 

Рис. 2. Содержание микроэлементов в сыворотке крови детей, больных атопическим дерматитом с отягощенным аллергологическим анамнезом (мкг/мл): а — в периоде обострения, b — в периоде ремиссии. Обозначения те же, что и к рис. 1.

 

У больных атопическим дерматитом выявлен дисбаланс изученных микроэлементов. Выраженность дисбаланса может быть различной и также приводить к повышению содержания микроэлементов в сыворотке крови. Наиболее резкий дисбаланс обнаружен у больных этой группы с отягощенным аллергологическим анамнезом и рецидивирующими бактериальными инфекциями (рис. За). У них наблюдается выраженное нарушение соотношения между цинком и медью: высокие уровни цинка, меди по сравнению (С таковыми у сельских жителей, а также у других больных сохраняются как в периоде ремиссии, так и во время обострения.

Факторный анализ показал (рис.4а) что повышенный уровень цинка и меди, а также содержание магния в сыворотке крови данных больных приводит нарушениям в гуморальном звене иммунитета: к повышению общего IgE в сыворотке корви (Р<0,05) и к снижению содержания IgG по сравнению б аналогичными показателями у здоровых детей (Р<0,02). Фагоцитарное звено практически не подвержено влиянию дисбаланса металлов. На фоне выраженного дефекта фагоцитоза (рис. 4а) снижение уровня IgG-опсонинов приводит к подавлению противоинфекционной резистентности, что проявляется у ²/з больных рецидивирующими пневмониями, бронхитами, фолликулярными ангинами, гнойными гайморитами; пиодермии отмечены лишь у трети больных данной подгруппы.

 

Рис. 3. Содержание микроэлементов в сыворотке крови детей, больных атопическим дерматитом с рецидивирующими бактериальными инфекциями (мкг/мл): А—больные с отягощенным аллергологическим анамнезом; В — больные с неотягощенным аллергологическим анамнезом, а — в периоде обострения, b — в периоде ремиссии. Обозначения те же, что и к рис. 1.

 

Воспалительные изменения в коже, а также тяжесть иммунных нарушений у детей больных атопическим дерматитом связывают с ферментным блоком в синтезе полиненасыщенных жирных кислот [11, 12], который, по Данным других авторов [2], обусловлен нарушенным соотношением цинка и меди. Таким образом, выравненный дисбаланс цинка и меди ÿ данных больных оказывает влияние не только на развитие бактериальный инфекций, но и обусловливает тяжесть течения атопического заболевания.

 

Рис. 4. Иммунограммы детей, больных атопическим дерматитом с рецидивирующими бактериальными инфекциями: a - больны с отягощенным аллергологическим анамнезом, b - больные с неотягощенным аллергологическим анамнезом.

 

Клиника атопического дерматита характеризуется непрерывно-рецидивирующим течением, отсутствием полной ремиссии даже летом, распространенным характером кожного процесса, выраженной лихенизацией, сочетанием с дермореспираторным синдромом в 60% случаев.

У детей с атопическим дерматитом и рецидивирующими бактериальными инфекциями при неотягощенном аллергологическом анамнезе наблюдается иной характер дисбаланса (рис- 3В): определяется лишь снижение содержания цинка в сыворотке крови (до уровня здоровых лиц из сельской местности) как в периоде обострения, так и ремиссии. Соотношение Zn/Cu отличается от такового у здоровых лиц.

Факторный анализ показал отсутствие взаимосвязи между уровнями цинка, меди и железа в сыворотке крови данных больных и иммунными нарушениями, а также выявил, что повышение уровня магния в сыворотке крови может привести к снижению уровня IgG у больных.

Достоверного изменения уровня магния, а также снижения уровня IgG в сыворотке крови у детей данной подгруппы мы не обнаружили, однако отчетливо прослеживается взаимосвязь между ними у отдельных больных: чем выше уровень магния, тем ниже содержание IgG и тяжелее протекает бактериальная инфекция. Так, у детей с АД и рецидивирующими бронхитами уровень IgG снижен до 54,2—20,6 мкмоль/л и достоверно отличается от содержащая его у здоровых детей (Р<0,001 ). У больных с рецидивирующими отитами наблюдается лишь тенденция к снижению уровня IgG; при бактериальных инфекциях кожи уровень IgG не отличается от такового у здоровых детей. Необходимо подчеркнуть, что в данной подгруппе больных в 2/3 случаях встречается пиодермия и лишь в ⅓— бактериальные инфекции легких и ЛОР-органов.

Таким образом, менее выраженный дисбаланс микроэлементов не оказывает влияния на иммунные нарушения у детей этой подгруппы (рис. 4Ь), что приводит к болеe легкому течению бактериальных инфекций и основного заболевания: у большинства больных атопический дермотит протекает с ежемесячными обострениями, у ⅓— с частотой обострений от 2 до 4 раз в год. В летнее время ремиссия наблюдалась у всех больных; у 44% детей кожные проявления были единичными, дермореспираторный синдром имел место лишь в 14% наблюдений, дермомукозный — в 7%.

Среди всех детей, страдающих атопическим дерматитом, часто болеющие дети независимо от анамнеза реагируют на избыток микроэлементов нарушениями местного иммунитета: выявлена взаимосвязь между избытом цинка в сыворотке крови и повышением общего IgE в слюне (r =+0,462; Р<0,05), между повышенным уровнем меди и снижением SIgA (r=—0,478; Р<0,05) и сывороточного IgG в слюне (r =—0,562; Р<0,05). У детей с атопическим дерматитом, практически не болеющих инфекционными заболеваниями, подобных взаимосвязей не обнаружено.

Выводы

1. У детей с атопическим дерматитом выявлен выраженный дисбаланс микроэлементов.
2. Повышенное содержание металлов в сыворотке крови, образующееся вследствие накопления (цинк) и в результате дисбаланса, приводит к следующим нарушениям в иммунитете у детей с атопическим дерматитом:

• избыток цинка в сыворотке крови сопровождается снижением IgG у больных с отягощенным аллергологическим анамнезом и рецидивирующими бактериальными инфекциями, повышением общего IgE в слюне у часто болеющих детей;
• избыток меди в сыворотке крови приводит к снижению SIgA и IgG в слюне у часто болеющих детей;
• повышение уровня магния в сыворотке крови приводит к снижению IgG у больных с рецидивирующими бактериальными инфекциями:

3. Выраженность дисбаланса микроэлементов и магния во многом определяет тяжесть течения атопического дерматита и сопутствующих инфекций.

 

[*] Расходы на публикацию данной статьи частично возмещены путем постраничной оплаты.

About the authors

I. V. Bulatova

Kazan Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Ministry of Health of the Russian Federation; Kazan Order of the Red Banner of Labor Medical Institute named after S. V. Kurashov; Central Research Institute of Geology of Nonmetallic Mineral Resources

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Department of Hygiene of Children and Adolescents, Course of Clinical Immunology with Allergology

Russian Federation, Kazan

A. M. Khakimova

Kazan Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Ministry of Health of the Russian Federation; Kazan Order of the Red Banner of Labor Medical Institute named after S. V. Kurashov; Central Research Institute of Geology of Nonmetallic Mineral Resources

Email: info@eco-vector.com

Department of Hygiene of Children and Adolescents, Course of Clinical Immunology with Allergology

Russian Federation, Kazan

V. I. Tsibulkina

Kazan Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Ministry of Health of the Russian Federation; Kazan Order of the Red Banner of Labor Medical Institute named after S. V. Kurashov; Central Research Institute of Geology of Nonmetallic Mineral Resources

Email: info@eco-vector.com

Department of Hygiene of Children and Adolescents, Course of Clinical Immunology with Allergology, Head - Assoc.

Russian Federation, Kazan

E. V. Agafonova

Kazan Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Ministry of Health of the Russian Federation; Kazan Order of the Red Banner of Labor Medical Institute named after S. V. Kurashov; Central Research Institute of Geology of Nonmetallic Mineral Resources

Email: info@eco-vector.com

Department of Hygiene of Children and Adolescents, Course of Clinical Immunology with Allergology

Russian Federation, Kazan

V. T. Ivanov

Kazan Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Ministry of Health of the Russian Federation; Kazan Order of the Red Banner of Labor Medical Institute named after S. V. Kurashov; Central Research Institute of Geology of Nonmetallic Mineral Resources

Email: info@eco-vector.com

Department of Hygiene of Children and Adolescents, Course of Clinical Immunology with Allergology

Russian Federation, Kazan

References

Supplementary files