Adilova S.A.

Azerbaijan Medical University; Scientific Institute of Traumatology and Оrthopedics, Baku, Azerbaijan

Profile of cytokines in patients with open talocrural joints fractures

Резюме. У 128 больных с открытыми переломами (переломовывихами голеностопного сустава, ОПГС) и 30 практически здоровых лиц (контроль) былo изученo состояние цитокинового профиля в зависимости от степени тяжести повреждения тканей и развития инфекционных осложнений. У всех больных с ОПГС имела место стимуляция синтеза провоспалительных (ТНФ-альфа, ИЛ-1бета, ИЛ-8, ИЛ-6) и противовоспалительного (ИЛ-10) цитокинов. Выраженность ТНФ-альфа, ИЛ-1бета, ИЛ-8, ИЛ-6 коррелировала с тяжестью травматического повреждения. У больных с гладким течением травматической болезни количество провоспалительных цитокинов было выше, чем у пациентов с инфекционными осложнениями.

Ключевые слова: открытый перелом, цитокиновый профиль, про- и противовоспалительные цитокины, открытая травма голеностопного сустава.

Медицинские новости. – 2015. – №8. – С. 48–51.

Summary. In 128 patients with open talocrural joints fractures (OTJF) and 30 practical health persons were studied the condition profile of cytokines depending of clinical gravity of tissue damaqe and development of infections complications. It was established the stimulation of synthesis both proinflammations (TNF-альфа, IL-1бета, IL-8, IL-6) and anti-inflammation (IL-10) cytokines. The expressions of proinflamater cytokines correlated with gravity of traumatic tissue damage. In patients with slight clinical coarse of traumatic disease the number of proinflamation cytokines were higher, than in patients with infections complications.

Keywords: open fracture, cytokine profile, pro- and anti-inflammatory cytokines, open talocrural joints fractures.

Meditsinskie novosti. – 2015. – N8. – P. 48–51.

Травматические повреждения голеностопного сустава занимают одно из ведущих мест среди травм опорно-двигательного аппарата и причин инвалидизации, связанных с повреждениями костей и суставов конечностей [5, 8, 9]. Особенно тяжело протекают открытые травмы скелета. Травмы голеностопного сустава составляют до 59% всех открытых внутрисуставных переломов [12]. Частота гнойных осложнений, возникающих при открытых переломах костей голеностопного сустава, в зависимости от тяжести травмы составляет от 20 до 52,4% [4, 11]. Ведущим этиологическим фактором инфекционных осложнений, по данным многих авторов, является S. aureus [6, 13].

Несмотря на высокую частоту гнойных осложнений при открытой травме голеностопного сустава (ОТГС), патогенетические аспекты, предрасполагающие к их развитию, до конца не определены, что затрудняет рациональную профилактику посттравматических и послеоперационных инфекций.

Цель исследования – определение цитокинового профиля в сыворотке крови у больных с открытым переломом голеностопного сустава (ОПГС).

Материалы и методы

Всего обследовано 158 человек в возрасте от 18 до 60 лет. Практически здоровые лица (30 чел.) составили 1 группу (контрольную), 128 больных с открытыми переломами/переломовывихами голеностопного сустава были разделены на четыре группы в зависимости от степени тяжести повреждения тканей и развития инфекционных осложнений. В группы 2 (32 чел.) и 3 (30 чел.) были включены больные со ІІ степенью тяжести повреждения тканей, группы 4 (28 чел.) и 5 (38 чел.) составили пациенты соответственно с ІІІA и ІІІB степенями тяжести по общепринятой классификации [1].

У больных групп 2 и 4 не было инфекционных осложнений, у пациентов групп 3 и 5 были ранние посттравматические инфекционные осложнения. У всех больных отмечались переломы костей, образующих голеностопный сустав, у некоторых пациентов имелись множественные переломы в области голени.

Ранние гнойные осложнения у больных с ОТГС развивались, как правило, в первые две недели после травмы. Посттравматический остеомиелит встречался у 61,1% пациентов, инфицирование мягких тканей в виде абсцессов и флегмон – у 19,52 и 6,9% больных соответственно (в сумме 26,4%), гнойный артрит – у 6,9% больных, гнойный артрит в сочетании с посттравматическим остеомиелитом – у 5,6% пациентов. У 34,7% больных более глубокие гнойные осложнения сочетались с поверхностными нагноениями мягких тканей.

При исследовании уровня цитокинов ИФН-гамма, ИЛ-1бета, ИЛ-6, ТНФ-альфа, ИЛ-4, ИЛ-10 использовали метод твердофазного иммуноферментного анализа на тест-системах ProCon (Россия). Постановку реакции осуществляли в соответствии с прилагаемой к набору реагентов инструкцией производителя.

Результаты исследований обрабатывали статистически, используя компьютерную программу Excel.

Результаты и обсуждение

Результаты исследования уровня провоспалительных цитокинов ТНФ-альфа, ИЛ-1бета, ИЛ-6, ИЛ-8, иммунорегуляторного цитокина ИФН-гамма и противовоспалительного цитокина ИЛ-10 представлены в таблице.

Таблица. Содержание цитокинов в сыворотке крови при ОПГС (M±m), пг/мл

П р и м е ч а н и е : * – уровень значимости различий соответствующих показателей по сравнению с группой практически здоровых лиц Р<0,05; ^# – значимость различий между показателями больных с аналогичными по тяжести видами травм с благоприятным посттравматическим периодом и с инфекционными осложнениями Р<0,05.

Содержание этих цитокинов в группе контроля было невысим и составляло для ТНФ-альфа 15,7±1,74 пг/мл, ИЛ-1бета – 4,1±0,81 пг/мл, для ИЛ-8, ИЛ-6 и ИФН-гамма – 23,2±2,37, 16,2±1,71 и 7,6±0,81 пг/мл соответственно.

ТНФ-альфа – один из первых цитокинов, реагирующих на патогены. Продуцентами ТНФ-альфа являются моноциты и макрофаги, гранулоцитарные клетки, лимфоциты и нормальные киллеры, а стимуляторами синтеза ФНО-альфа являются чужеродные антигены, в частности бактериальные антигены, а также такие цитокины, как ИЛ-1бета, ИЛ-2, и ИФН-бета. Основные функциональные направления биологической активности ФНО-альфа при бактериальных инфекциях – активация гранулоцитов, макрофагов, эндотелиальных клеток. Цитокин стимулирует продукцию белков острой фазы гепатоцитами, а также продукцию других провоспалительных цитокинов. Он стимулирует пролиферацию и дифференцировку нейтрофильных гранулоцитов, Т- и В-лимфоцитов, фибробластов, участвует в ангиогенезе. Цитокин повышает поступление клеток нейтрофильного ряда из костного мозга в циркуляцию. ФНО-альфа?участвует в деструктивных процессах, сопутствующих воспалению, способствуя развитию некротических реакций клеток.

Уровни ТНФ-альфа у больных всех четырех групп повышались. При сравнительном анализе концентраций ТНФ-альфа между соответствующими по тяжести травмы группами с благоприятным течением посттравматического периода и с инфекционными осложнениями обнаружены существенные различия. Так, у больных группы 3 концентрация этого цитокина составляла 18,2±2,71 пг/мл, что в 1,4 раза ниже, чем у пациентов группы 2. Подобная закономерность выявлена и при сравнении больных с тяжестью травмы IIIА и IIIВ: у пациентов группы 5 содержание ТНФ-альфа?составляло 52,7±6,11 пг/мл, в группе 4 (без инфекционных осложнений) – 64,6±7,35 пг/мл.

Другой важный провоспалительный цитокин – ИЛ-1бета. ИЛ-1 – белок, синтезируемый мононуклеарными фагоцитирующими клетками, он усиливает иммунный ответ как на моно-, так и на поликлональные антигены и является костимулятором активации Т-лимфоцитов. Установлено существование двух различных белков – ИЛ-1альфа и ИЛ-1бета, имеющих во многом сходные биохимические характеристики. Считают, что ИЛ-1 занимает лидирующее положение среди провоспалительных цитокинов. ИЛ-1 обладает выраженными иммунорегуляторными свойствами. Под его влиянием усиливается пролиферация лимфоцитов с маркером CD4⁺, созревание и дифференцировка В-клеточной популяции, происходит индукция синтеза ИЛ-2 и экспрессия рецептора для него. ИЛ-1 способствует активации синтеза антител плазматическими клетками, усилению связывания ЕК с клетками опухолей. Через воздействие на моноциты и макрофаги этими клетками стимулируется дальнейший синтез ИЛ-1, а также продукция многих провоспалительных и противовоспалительных цитокинов. В связи со способностью к усилению синтеза ряда колониестимулирующих факторов ИЛ-1 усиливает процессы гемопоэза, действуя на уровне стволовых кроветворных клеток. Важность этого цитокина доказывается экспериментами, показывающими, что введение летально облученным мышам ИЛ-1 защищает 90% особей от летального исхода, что, видимо, связано со стимуляцией гемопоэза на ранних стадиях. Полагают также, что ИЛ-1 является стимулятором пролиферации клеток и васкуляризации органов и тканей [7, 10].

Рекомбинантный препарат ИЛ-1 «Беталейкин» оказывает защитный эффект при инфекционных процессах в организме путем повышения выработки гемопоэтических ростовых факторов, включения механизмов неспецифической резистентности, активации дифференцировки и пролиферации лимфоцитов, усиления синтеза цитокинов и повышения антителообразования [2].

В ходе исследования установлено повышение уровня ИЛ-1бета у больных с ОТГС по сравнению с группой здоровых доноров. При этом у больных с более тяжелым видом травмы уровень этого цитокина был несколько ниже, чем у пациентов с благоприятным течением заболевания. Так, если у больных группы 2 показатели ИЛ-1бета возрастали до 49,2±6,79 пг/мл, в группе 3 – до 42,1±5,08, то у пациентов группы 4 этот показатель составлял 178,3±18,19 пг/мл, а в группе 5 – 128,8±15,93.

ИЛ-8 – фактор хемотаксиса нейтрофилов. К продуцентам ИЛ-8 относятся мононуклеарные фагоциты, Т-лимфоциты, эндотелиальные клетки, фибробласты, гепатоциты и ряд других клеток. Синтез ИЛ-8 стимулируют преимущественно антигены патогенов, а также ИЛ-1, ИЛ-3, ФНО-альфа, гранулоцит/макрофаг колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ) и др. Цитокин относится к быстрореагирующим факторам. Клетками-мишенями являются преимущественно нейтрофилы, базофилы и Т-лимфоциты. Имеется два типа рецепторов к ИЛ-8: высоко- и низкоаффинные, имеющие 77% структурной гомологии. Высокоаффинный рецептор связывает ИЛ-8, а низкоаффинный способен связывать и некоторые другие цитокины. Основными функциями ИЛ-8 являются индукция нейтрофильного лейкопоэза, хемотаксиса нейтрофилов и лимфоцитов, усиление адгезивных свойств нейтрофилов, их активация и секреция нейтрофильными гранулоцитами лизосомальных ферментов и других биологически активных веществ.

Содержание ИЛ-8 у больных в нашем исследовании также было повышено по сравнению с группой контроля. У пациентов группы 2 –95,7±10,03 пг/мл, в группе 3 еще выше – 85,3±8,94 пг/мл. У больных с тяжестью травматического повреждения III А и III В уровень ИЛ-8 оказался наиболее высоким: в группе 4 его концентрация составляла 376,5±42,35 пг/мл, в группе 5 – 243,2±25,15.

ИЛ-6 синтезируется моноцитами, макрофагами, лимфоцитами, фибробластами, эндотелиоцитами, гепатоцитами и др. Индукторами выработки ИЛ-6 помимо микробных антигенов являются ФНО-альфа, ИЛ-1, КСФ и интерфероны. ИЛ-6 проявляет мощное провоспалительное действие. Он стимулирует пролиферацию и созревание В-лимфоцитов, увеличивает образование антител, является костимулятором дифференцировки Т-лимфоцитов, стимулирует образование КСФ, активирует синтез гепатоцитами белков, угнетает апоптоз клеток.

Содержание ИЛ-6 в посттравматический период возрастало в сыворотке крови не столь значительно, как уровень большинства других исследованных провоспалительных цитокинов. У больных с ОТГС по сравнению с контрольной группой концентрация ИЛ-6 возрастала лишь в 3,5–3,8 раза, что, видимо, обусловлено более поздним синтезом данного цитокина в организме в ответ на стимуляцию.

Закономерности накопления данного цитокина принципиально не отличались от других провоспалительных цитокинов. Наиболее высокие концентрации ИЛ-6 обнаруживались у больных с более тяжелыми видами травматического поражения: в группах 4 и 5 соответственно 62,2±7,62 и 58,7±6,59 пг/мл.

Также нами исследовалась концентрация иммунорегуляторного цитокина ИФН-?. Интерферон-гамма продуцируют активированные Тх-1-лимфоциты, макрофаги и естественные киллеры. Помимо противовирусной и тумороцидной активности, ИФН-гамма способен активировать моноциты и макрофаги (синтез цитокинов, дыхательный взрыв, экспрессию адгезивных молекул и др.), цитотоксичность ЕК-клеток, дифференцировку и пролиферацию цитотоксических Т-лимфоцитов, созревание предшественников моноцитов в костном мозге. Кроме того, ИФН-? стимулирует пролиферацию, синтез и секрецию цитокинов Т-хелперами 2 типа (ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10 и др.), а также В-лимфоцитарную пролиферацию, синтез антител класса IgE, секрецию IgG1, IgG3, IgG2, переключает В-лимфоциты на синтез IgА. ИФН-гамма?усиливает противовирусную активность ИНФ-альфа; презентацию антигена антигенпредставляющими клетками моноцитарного ряда.

Содержание цитокина ИФН-? в сыворотке крови больных было повышено по сравнению с группой здоровых доноров в 2,3–3,5 раза, что свидетельствует об активации синтеза этого цитокина при ОПГС. У больных без инфекционных осложнений отмечалось более выраженное повышение уровня ИФН-гамма, что могло отражаться на реализации функций, осуществляемых этим цитокином.

ИЛ-10 относится к противовоспалительной группе цитокинов, в отличие от описанных выше. Он продуцируется лимфоцитами Тх2 и рассматривается в качестве антагониста других, прежде всего – провоспалительных цитокинов и интерферона. ИЛ-10 угнетает пролиферацию Т-клеток в ответ на действие антигенов и митогенов, под его влиянием снижается секреция активированными моноцитами ИЛ-1альфа, ТНФ-бета и ИЛ-6, в то же время ИЛ-10 может оказывать стимулирующее действие на развитие гуморального иммунного ответа, активировать продукцию IgE. Предполают, что ранний или избыточный синтез противовоспалительных интерлейкинов нарушает механизмы защиты от инфекций и может служить фактором, способствующим развитию инфекции в организме [3].

В нашем исследовании в сыворотке крови практически здоровых доноров уровень ИЛ-10 был невысокий – 5,1±0,94 пг/мл. У пациентов в раннем посттравматическом периоде уровень этого цитокина возрастал в 3–6,3 раза. При этом у больных с инфекционными осложнениями в посттравматическом периоде концентрация этого цитокина была в среднем выше по сравнению с такими же больными, не имевшими осложнений. Так, если у пациентов группы 2 этот показатель составлял 19,1±1,97 пг/мл, то в группе 3 – 21,7±2,67. У пациентов группы 5 содержание ИЛ-10 было значительно выше по сравнению с группой 4: 32,4±2,84 против 22,8±1,94 пг/мл соответственно.

Таким образом, результаты исследований показали, что у больных с ОТГС имела место активация синтеза про- и противовоспалительных цитокинов.

Основными клетками, продуцирующими INF-гамма, являются Т-хелперы 1 типа, в то время как ИЛ-10 Тх2 синтезируется преимущественно Тх2- лимфоцитами. Считают, что и Тх1, и Тх2 происходят от Тх-нулевой (Тх0) клетки. Трансформация Tх0 в ту или иную субпопуляцию Т-хелперов происходит под воздействием определенных цитокинов. Tх1 образуются под действием ИЛ-12 и синтезируют ИФН-?. ИЛ-10 является мощным противовоспалительным и иммуносупрессорным фактором, который вырабатывается преимущественно активированной Тх2-субпопуляцией и ингибирует продукцию многих провоспалительных цитокинов, в том числе IFN-?. По соотношению концентраций IFN-гамма и ИЛ-10 принято судить о балансе между клеточным и гуморальным звеньями иммунитета.

Для определения баланса между функциональной активностью Tх1 и Tх2 в каждой группе пациентов мы исследовали соотношение концентраций ИФН-гамма и ИЛ-10. В группе практически здоровых доноров этот показатель составлял 1,5±0,09.

У больных всех групп этот показатель (ИФН-гамма/ИЛ-10) был заметно снижен. Среди больных с тяжестью травмы II степени он составлял: у пациентов без инфекционных осложнений (группа 2) – 1,4±0,13, у пациентов с осложнениями – 1,0±0,10.

При травмах с тяжестью травмы, соответствующей степеням III А и?III В, соотношение ИФН-гамма/ИЛ-4 снижалось: у больных группы 4 – до 0,9±0,08, а в группе 5 (у пациентов с инфекционными осложнениями) этот показатель был минимальный – 0,5±0,05. Полученные данные указывают на изменение баланса про- и противовоспалительных цитокинов в пользу последних, что свидетельствует о наличии дисбаланса в иммунной системе с ослаблением клеточного звена иммунитета. Особенно это относилось к пациентам с инфекционными осложнениями.

Таким образом, у всех больных с ОТГС имела место стимуляция синтеза провоспалительных цитокинов ТНФ-альфа, ИЛ-1бета, ИЛ-8, ИЛ-6 и противовоспалительного цитокина ИЛ-10. Выраженность синтеза ТНФ-альфа, ИЛ-1бета, ИЛ-8, ИЛ-6 коррелировала с тяжестью травматического повреждения. У больных с гладким течением травматической болезни количество провоспалительных цитокинов было выше, чем у пациентов с инфекционными осложнениями. У больных с осложненным течением посттравматического периода имеет место повышенный синтез противовоспалительного цитокина ИЛ-10. Соотношение уровня ИФН-гамма и ИЛ-10 при ОТГС снижено, что свидетельствует о дизрегуляции иммунной системы.

В целом результаты исследования функции иммунной системы показали, что у больных с ОТГС имеет место дисбаланс иммунной системы, соответствующий тяжести полученной травмы и характеризующийся активацией преимущественно Тх-2 звена лимфоцитов. У больных с инфекционными осложнениями уже на начальных этапах травматической болезни дизрегуляция иммунной системы более выражена по сравнению с больными с аналогичными по тяжести травмами и гладким течением посттравматического периода.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Дмитриева Л.А., Михеева Т.А., Кошкарева З.В. Способ прогнозирования воспалительных осложнений при эндопротезировании крупных суставов: Патент на изобретение G01N33/68, 2006.

2. Климовицкий В.Г., Пастернак Д.В., Черныш В.Ю. // Укр. морфол. альманах. – 2010. – Т.8, №2. – С.87–90

3. Кумар Раджеш Лечение инфицированных повреждений голеностопного сустава: автореф. дис. … канд. мед. наук. – М., 2004. – 34 с.

4. Локтионов А.Л., Костин С.В., Конопля А.И., Пе-хов Д.В. // Успехи соврем. естествознания. – 2003. – №8. – С.61.

5. Нестерова И.В. Комплексное трехуровневое исследование системы нейтрофильных гранулоцитов с возможной диагностикой иммунодефицитных состояний при различной патологии: метод. рекоменд. – Краснодар, 1996. – 22 с.

6. Сигида Е.А. Неотложная абдоминальная хирургия (избранные главы). – М., 1998. – 96 с.

7. Скала Л.З., Сидоренко С.В., Нехорошева А.Г. и др. Практические аспекты современной клинической микробиологии. – М., 2004. – 310 с.

8. Сосюкин А.Е., Калинина Н.М., Вологжанин Д.А., Гайдук С.В. // Вест. Рос. воен.-мед. акад. – 2008. – №21. – С.71–75.

9. Хаитов Р.М., Пинегин Б.В. // Анналы хирург. патологии. – 1998. – Т.3, №2. – С.100–110.

10. Diagnostic value of magnetic resonance tomography of the upper ankle joint-imaging of ligaments and tendons in standard slice orien-tation / R.I.Schroder et al. // Aktuelle Radiol. – 1996. – Bd6, N1. – P.19–24.

11. Pittet J.F., Lee H., Morabito D. et al. // J.Trauma. – 2002. – Vol.52, N4. – P.611–617.

12. Taniguchi T., Koido Y., Aiboshi J. et al. // Amer. J. Emergenc. Med. – 1999. – Vol.17, issue 6. – P.548–551.

13. Welch W.J. // Am J. Med. – 2001. – Vol.111, N8. – P.669–670.

Медицинские новости. – 2015. – №8. – С. 48-51.

Внимание! Статья адресована врачам-специалистам. Перепечатка данной статьи или её фрагментов в Интернете без гиперссылки на первоисточник рассматривается как нарушение авторских прав.