Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

CHANGES IN CYTOKINE SYSTEM IN SERUM OF ELDERLY PATIENTS WITH OSTEOARTHRITIS

Patruhin A.P. 1 Kiryanova V.V. 1 Proschaev K.I. 2 Bessarabov V.I. 2
1 North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov
2 «Gerontology» Research Medical Center
Статья посвящена исследованию изменений в цитокиновой системе сыворотки крови пожилых пациентов, которые страдают остеоартрозом (ОА). Установлено, что концентрация TNF-α в сыворотке крови при ОА может служить дополнительным индикатором стадии воспалительного процесса. Концентрации IL-1β и IL-6 в сыворотке крови возможно рассматривать как дополнительные маркеры I и II стадий остеоартроза у людей пожилого возраста, а концентрацию IL-8 – как дополнительный маркер I–III стадий. При нарастании воспалительного процесса, особенно на первой и второй стадии ОА, концентрация IL-4 в сыворотке крови практически не изменяется. Показано, что при развитии иммунного воспаления, от первой к четвертой стадии ОА, концентрация IL-10 в сыворотке крови значительно уменьшается, однако экспрессия этого цитокина при ОА недостаточна и не позволяет в достаточной мере ингибировать сверхпродукцию TNF-α и, таким образом, вызвать торможение процессов ремоделирования хрящевой ткани сустава.
The article investigates the changes in cytokine system in serum of elderly patients who suffer from osteoarthritis (OA). The concentration of TNF-α in serum when OA may serve as an additional indicator of the stage of an inflammatory process. The concentration of IL-1β and IL-6 in serum may be regarded as additional markers I and II stages of osteoarthritis in the elderly, and the concentration of IL-8 – as an additional marker I–III stages. With the development of the immune inflammation, especially in the first and second stages of OA, the concentration of IL-4 in the serum does not practically change. It has been shown that the development of the immune inflammation, from the first to the fourth stage of OA, the concentration of IL-10 in serum is significantly reduced but the expression of this cytokine in OA is insufficient and does not allow sufficiently inhibit overproduction of TNF-α and thus cause inhibition remodeling joint cartilage.
osteoarthritis
cytokines
old age
1. Osteoartrit: Diagnostika i vedenie bol’nyh osteoartritom kolennyh i tazobedrennyh sustavov [Osteoarthritis: Diagnosis and management of patients with osteoarthritis of the knee and hip joints]. Ed. O.M. Lesnyak. Мoscow, GEOTAR-Media, 2006. 176 p.
2. Prashchayeu К.I., Pozdnjakova N.M., Martines Garses H.S., Duke Kal’deron Ju.F., Il’nickij A.N., Pavlova T.V., Bashuk V.V. Bezopasnost’ zhiznedejatel’nosti, 2011, no. 12, pp. 45–51.
3. Prashchayeu К.I., Il’nickij A.N., Postnikova L.I. et al. Advances in Gerontology, 2011, no. 2, pp. 285–289.
4. Jerdes Sh. F., Folomeeva O.M., Amirdzhanova V.N. Vestnik Rossijskoj Akademii medicinskih nauk, 2003, no. 7, pp. 11–14.
5. Lazebnik L.B. Heart, 2007, no. 7, pp. 25–27.
6. Fernandes J.C., Martel-Pelletier J., Pelletier J.P. et al. Biorheology, 2002, Vol. 39, no. 1–2, pp. 237–246.

Остеоартроз (ОА) является самым распространенным заболеванием опорно-двигательного аппарата и встречается у трети пациентов в возрасте от 45 до 64 лет и у 60–70 % пациентов старше 65 лет. Социальная значимость ОА определяется связанным с ним высоким уровнем потери трудоспособности, особенно в пожилом возрасте, и существенным снижением качества жизни пациентов за счет ограничения подвижности и выраженности сопутствующего болевого синдрома [1, 4]. Вместе с тем специфические реабилитационные мероприятия, учитывающие возрастную специфику, для пациентов старших возрастных групп с остеоартрозом практически не разработаны.

Понимая, что ОА является преимущественно заболеванием пожилого и старческого возраста, следует учитывать полиморбидность заболеваемости у пациентов этой возрастной категории, что вызывает проблемы при назначении лечебно-реабилитационных программ [2, 3, 5]. Эти особенности пожилого возраста являются прямым следствием существенных функциональных и биохимических изменений в организме по мере старения.

Этиология ОА на сегодня недостаточно изучена, однако в последнее десятилетие появились данные о существенной роли цитокинов в поддержании баланса процессов катаболизма и анаболизма в тканях сустава [6]. В то же время все еще небольшое количество работ затрагивает такую важную проблему, как нейроиммунная клеточная регуляция при ОА в пожилом возрасте.

Целью исследования стало изучение изменений в цитокиновой системе сыворотки крови пожилых пациентов, которые страдают ОА.

Материал и методы исследования

В исследование было включено 526 человек пожилого возраста (возраст от 60 до 69 лет, средний возраст 64,0 ± 2,0 года). Все пациенты, включенные в исследование, были разделены на несколько групп:

1. Практически здоровые люди пожилого возраста (n = 42, мужчин – 20 чел., женщин – 22 чел.).

2. Пациенты пожилого возраста, страдающие ОА коленного сустава I стадии (n = 122, мужчин – 58 чел., женщин – 64 чел.).

3. Пациенты пожилого возраста, страдающие ОА коленного сустава II стадии (n = 125, мужчин – 59 чел., женщин – 66 чел.).

4. Пациенты пожилого возраста, страдающие ОА коленного сустава III стадии (n = 117, мужчин – 57 чел., женщин – 60 чел.).

5. Пациенты пожилого возраста, страдающие ОА коленного сустава IV стадии (n = 120, мужчин – 58 чел., женщин – 62 чел.).

Диагноз ОА коленного сустава верифицировался в соответствии с критериями Американской коллегии ревматологов (1991 г.). Критериями исключения являлись: наличие патологических изменений в общем и биохимическом анализах крови, которые сопровождались клинической симптоматикой; наличие в анамнезе аллергических и аутоиммунных заболеваний.

Все пациенты проходили клиническое и инструментальное обследование, которое включало: объективный осмотр, определение индекса массы тела, оценку интенсивности болевого синдрома при движении по 100 мм визуальной аналоговой шкале (ВАШ: 0 = отсутствие боли; 100 = невыносимая боль), оценку интенсивности боли в покое по 100 мм визуальной аналоговой шкале, общий анализ крови, общий анализ мочи, рентгенограмму коленных суставов, ультразвуковое исследование коленных суставов.

У каждого пациента было получено согласие на проведение данных исследований.

Для определения роли нейроиммуноэндокринной системы в развитии ОА у больных ОА и практически здоровых людей из контрольной группы в утреннее время натощак производили забор крови пункционным методом из локтевой вены с помощью широкой иглы в пластиковые пробирки, из которой готовили сыворотку. Полученный субстрат помещали в пробирки типа Eppendorf и хранили при температуре –20 °С до момента проведения анализа.

Уровень цитокинов (ФНО-α, IL-1β, IL-4, IL-6,
IL-8, IL-10) определяли методом твердофазного иммуноферментного анализа с использованием реактивов ЗАО «Вектор-Бест», г. Новосибирск, на планшетном спектрофотометре Thermo Scientific Multiskan Go.

Статистическую обработку материала выполняли на персональном компьютере в статистических программных пакетах MicrosoftExcel, Statistica 6.0. При статистическом анализе материала выполняли расчет интенсивных и экстенсивных показателей средних величин, определяли достоверность различий средних и относительных величин по t-критерию Стьюдента. Достоверными считали различия при р < 0,05.

Результаты исследования
и их обсуждение

Установлено, что уровень TNF-α в сыворотке крови существенно зависит от стадии заболевания. Достоверно показано (p < 0,05), что, в отличие от данных других исследований, увеличение этого показателя даже в острой первой стадии по сравнению с группой контроля не превышает уровень в 3,1 раза.

Уровень TNF-α при ОА наиболее высок при острой первой стадии заболевания и значительно отличается от такового у здоровых людей (p < 0,05). Развитие патологического процесса достоверно приводит к постепенному уменьшению содержания этого цитокина в сыворотке крови, однако даже на IV стадии заболевания концентрация сигнальной молекулы приближается, но не достигает контрольного уровня. Так, уровень TNF-α в сыворотке крови у пожилых людей, страдающих ОА I стадии, составил 212,4 ± 7,0 пг/мл против 69,0 ± 3,2 пг/мл у здоровых людей (p < 0,05), при переходе ко II, III и IV стадии – 109,6 ± 4,3; 95,0 ± 3,6 и 78,0 ± 3,3 пг/мл (p < 0,05) соответственно.

Таким образом, можно полагать, что концентрация TNF-α в сыворотке крови, как одного из ключевых агентов иммунного воспаления, при ОА может служить дополнительным индикатором стадии хронического воспалительного процесса. В случае нарастания полиморбидности интегральные показатели концентрации TNF-α в сыворотке крови более полно характеризуют уровень комплексной провоспалительной реакции за счет суммарного вклада в экспрессию цитокина как моноцитов, так и клеток эндотелия сосудистой стенки и клеток кишечника.

Уровень IL-1β в сыворотке крови людей пожилого возраста, которые страдают ОА, значимо отличается от контрольных значений в группе сравнения только на острой первой стадии заболевания и на второй стадии. Достоверно показано (p < 0,05), что концентрация этого цитокина более чем в 1,5 раза превосходит контрольный уровень на первой стадии и примерно на 25 % – на второй стадии ОА по сравнению с контролем (табл. 1).

Таким образом, можно полагать, что концентрация IL-1β в сыворотке крови, как одного из ключевых агентов иммунного воспаления, при ОА может служить дополнительным индикатором первой и второй стадии хронического воспалительного процесса.

При исследовании сыворотки крови людей пожилого возраста с диагнозом ОА установлено, что уровень IL-4 не отличается от контрольных значений в группе сравнения: уровень IL-4 в сыворотке крови у пожилых людей, страдающих ОА I стадии, составил 5,5 ± 1,0 пг/мл против 5,0 ± 0,9 пг/мл у относительно здоровых людей, при переходе ко II, III и IV стадии – 5,4 ± 1,0; 5,4 ± 0,9 и 5,2 ± 0,9 пг/мл (p > 0,05) соответственно.

Таблица 1

Зависимость уровня IL-1β в сыворотке крови больных ОА
пожилого возраста от стадии заболевания

Исследуемый показатель

Уровень сигнальных молекул в сыворотке крови

Здоровые

I

стадия ОА

II

стадия ОА

III

стадия ОА

IV

стадия ОА

IL-1β, пг/мл

192,0 ± 20,0

296,4 ± 26,1*

243,1 ± 23,3*

225,0 ± 22,6**

187,0 ± 20,3**

 

Примечания:

* p < 0,05 по сравнению со здоровыми людьми;

** p > 0,05 по сравнению со здоровыми людьми.

Полученные экспериментальные данные по концентрации IL-4 в сыворотке крови, по-видимому, свидетельствуют о том, что в пожилом возрасте снижается активность противовоспалительной системы организма (если судить по уровню IL-4 в сыворотке крови). При развитии иммунного воспаления, особенно на первой и второй стадии ОА, концентрация IL-4 в сыворотке крови практически не изменяется. Соответственно, этот цитокин не может оказать ингибирующее влияние на выявленную нами сверхпродукцию TNF-α и, таким образом, вызвать торможение процессов ремоделирования хрящевой ткани сустава.

Установлено, что уровень IL-6 существенно зависит от стадии заболевания: у пожилых людей, страдающих ОА I стадии, он составил 23,3 ± 2,2 пг/мл против 6,9 ± 1,3 пг/мл у относительно здоровых людей, при переходе ко II, III и IV стадии – 17,8 ± 1,9; 9,9 ± 1,3 пг/мл (p < 0,05) и 7,2 ± 1,1 пг/мл (p > 0,05) соответственно.

Такая динамика изменения концентрации IL-6 в сыворотке, по-видимому, отражает дуализм регулирующего влияния этого медиатора на иммунное воспаление при ОА: с одной стороны – подавление, с другой – активация. Учитывая существенные значимые (p < 0,05) различия в уровне IL-6 в сыворотке крови, цитокинемию по IL-6 возможно использовать как дополнительный маркер острых воспалительных стадий ОА – первой и второй.

Одновременно установлено, что уровень IL-8 в сыворотке крови пожилых пациентов с ОА существенно зависит от стадии заболевания (табл. 2).

Таблица 2

Зависимость уровня IL-8 в сыворотке крови больных ОА
пожилого возраста от стадии заболевания

Исследуемый показатель

Уровень сигнальных молекул в сыворотке крови

Контроль

I

стадия ОА

II

стадия ОА

III

стадия ОА

IV

стадия ОА

IL-8, пг/мл

5,2 ± 0,7

20,2 ± 1,7*

16,1 ± 1,5*

9,8 ± 1,2*

6,9 ± 1,1#

 

Примечания:

* p < 0,05 по сравнению с контролем;

#p > 0,05 по сравнению с контролем.

Наши экспериментальные данные свидетельствуют о том, что уровень IL-8 в сыворотке крови является одной из показательных характеристик воспалительной иммунной реакции при ОА. При развитии иммунного воспаления, на первой и второй стадии ОА, концентрация IL-8 в сыворотке крови существенно возрастает, почти в 4 и более чем в 3 раза соответственно по сравнению с контролем. При этом уровень цитокина имеет максимальное значение на первой стадии. Концентрация IL-8 на второй стадии ОА достоверно отличается от таковой на первой стадии (p < 0,05). При дальнейшем развитии патологического воспалительного процесса, на третьей стадии, уровень сигнальной молекулы в сыворотке крови заметно падает и к четвертой стадии практически приходит в норму и не отличается от контрольного.

Дополнительные исследования позволили установить, что уровень IL-10 в сыворотке крови людей пожилого возраста, которые страдают ОА, существенно зависит
от стадии патологического процесса: у пожилых людей, страдающих ОА I стадии, он составил 10,5 ± 1,5 пг/мл против
1,5 ± 0,2 пг/мл у относительно здоровых людей, при переходе ко II, III и IV стадии – 7,4 ± 1,0; 5,4 ± 0,8 и 2,9 ± 0,7 пг/мл (p < 0,05) соответственно.

Выявленная динамика изменения концентрации IL-10 в сыворотке крови больных ОА согласуется с динамикой изменения концентрации провоспалительных цитокинов – TNF-α, IL-1β и IL-8.

Очевидно, что экспрессия IL-10 при ОА недостаточна и не позволяет в достаточной мере ингибировать сверхпродукцию TNF-α и, таким образом, вызвать торможение процессов ремоделирования хрящевой ткани сустава.

Выводы

1. Концентрация TNF-α в сыворотке крови при ОА может служить дополнительным индикатором стадии воспалительного процесса.

2. Концентрации IL-1β и IL-6 в сыворотке крови возможно рассматривать как дополнительные маркеры I и II стадий остеоартроза у людей пожилого возраста, а концентрацию IL-8 – как дополнительный маркер I–III стадий.

3. При развитии иммунного воспаления, от первой к четвертой стадии ОА, концентрация IL-10 в сыворотке крови значительно уменьшается, однако экспрессия этого цитокина при ОА недостаточна и не позволяет в достаточной мере ингибировать сверхпродукцию TNF-α и, таким образом, вызвать торможение процессов ремоделирования хрящевой ткани сустава.

Рецензенты:

Ильницкий А.Н., д.м.н., профессор, первый заместитель директора, АНО НИМЦ «Геронтология», г. Москва;

Иванова М.А., д.м.н., профессор, главный научный сотрудник отделения организации планирования и управления научными исследованиями, ФГБУ «ЦНИИОИЗ» Минздрава России, г. Москва.

Работа поступила в редакцию 23.10.2014.