СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ОБОСТРЕНИЙ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ Российский патент 2018 года по МПК G01N33/48 G01N33/50 A61B5/00 A61B10/00 

Изобретение относится к области медицины, пульмонологии и может быть использовано для прогнозирования частоты обострений при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ).

Одним из наиболее распространенных хронических заболеваний бронхолегочной системы среди взрослого населения, приводящих к существенному снижению качества жизни, обусловливающих раннюю инвалидизацию и высокую смертность больных, является хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ). В последние годы в качестве важного прогностического критерия при ХОБЛ стала рассматриваться частота обострений заболевания на протяжении предшествующего года. Использование данного клинико-анамнестического показателя в качестве прогностического критерия ХОБЛ связано с тем, что в исследованиях были получены данные, подтверждающие взаимосвязь высокой частоты обострений со снижением ОФВ1 и возрастающим риском смерти у данной категории больных [1]. Среди больных со сходными показателями бронхиальной обструкции число обострений на протяжении года, может значительно различаться. При этом частые обострения утяжеляют течение и прогноз заболевания [2]. Показано, что у больных, имеющих два и более эпизода обострений в год, отмечается более высокая скорость прогрессирования ХОБЛ, оцениваемая по скорости снижения ОФВ1 [3]. Таким образом, полученные данные подтверждают высокую прогностическую значимость показателя частоты обострений в год, что обуславливает необходимость прогнозирования возникновения обострений у пациентов с ХОБЛ.

До половины всех обострений связывают с бактериальной инфекцией [4] однако примерно в 1/3 случаев причину обострения ХОБЛ установить так и не удается, так как у многих пациентов, обследованных в период обострения, с использованием стандартных методов культивирования бактерий не выявляются микроорганизмы, обуславливающие обострение. С помощью культуральных методов, возможно, выявить только 1-10% бактерий, и культивирование является долгим процессом диагностики инфекций. В связи с этим особую актуальность приобретает использование современных молекулярно-генетических методов идентификации состава микробиоты, таких как NGS-секвенирование по 16SpРНК.

В настоящее время известен способ прогнозирования тяжести течения ХОБЛ, предложенный коллективом авторов из Сибирского государственного медицинского университета (RU 2522678 от 15.08.2012) [5]. В известном способе для прогнозирования тяжести течения хронической обструктивной болезни легких учитывают количество курсов приема антибиотиков по поводу обострения ХОБЛ за предшествующие 12 месяцев, проводят стандартный тест с 6-минутной ходьбой с оценкой расстояния, пройденного пациентом за 6 минут, частоты сердечных сокращений до проведения теста с ходьбой и уровня сатурации кислорода после выполнения теста с ходьбой, определяют качественный и количественный состав микробиотического сообщества задней стенки глотки с перекодированием полученных данных в качественную переменную по принципу присвоения цифрового значения 1 при наличии свыше 50 колониеобразующих единиц микроорганизмов из группы протеобактерий на 1 см² задней стенки глотки, а в противном случае присваивая цифровое значение 0, проводят генотипирование по полиморфизмам генов CD14 rs2569190, IL18 rs1946518, и подставляют полученные в ходе обследования значения, закодированные определенным образом, в две дискриминантные функции, которые определяют вероятность отнесения индивида к группе больных ХОБЛ тяжелого и очень тяжелого течения или к группам больных ХОБЛ легкой и средней степени тяжести.

Данный способ прогнозирует тяжесть течения на основании комплекса параметров, которые играют важную роль в формировании тяжести течении ХОБЛ, учитывая клинические данные пациента, полиморфизм генов CD14 rs2569190, IL18 rs1946518 и количество колониеобразующих единиц микроорганизмов из группы протеобактерий на 1 см² задней стенки глотки. Однако данный способ не информативен в отношении прогнозирования частоты обострений у больных ХОБЛ.

Известен способ прогнозирования стабильного течения хронической обструктивной болезни легких, предложенный коллективом авторов из Дальневосточного научного центра физиологии и патологии дыхания СО РАМН. Способ заключается в измерении объема форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1) в л и определении изменения объема форсированного выдоха за первую секунду (ΔОФВ1) в % от исходной величины после бронхопровокационной фармакологической пробы с 0,1% раствором ацетилхолина хлорида. Данные показатели используют для решения дискриминантного уравнения: Д=-2,94⋅ОФВ1+1,34⋅ΔОФВ1. При величине Д больше -19,34 прогнозируют стабильное течение хронической обструктивной болезни легких (RU №2262889 опубл. 09.03.2004 г.) [6]. В свете исследований последних лет очевидно, что данный способ недостаточно информативен, так как не учитывает тяжесть клинического состояния пациента и вклад микробиома в прогрессирование болезни.

Коллективом авторов из ГУ Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания Сибирского отделения Российской академии медицинских наук предложен способ прогноза прогрессирования хронической обструктивной болезни легких (RU №2370773 опубл. 20.10.2009) [7] по уровню секреции цитокинов. Для осуществления способа проводят иммунологическое исследование с определением способности иммунокомпетентных клеток (ИКК) вырабатывать трансформирующий ростовой фактор β1(TGF-β1) и фактор роста фибробластов (bFGF). При спонтанном уровне TGF-β1≥1122,71±20,6 пг/мл и bFGF≤7,2±0,08 пг/мл прогнозируют благоприятное течение ХОБЛ со снижением ОФВ1 не более 50 мл в год, а при спонтанном уровне TGF-β1≤1025,5±11,7 пг/мл и bFGF 40,1±0,9 пг/мл прогнозируют неблагоприятное течение ХОБЛ со снижением ОФВ1 более чем на 50 мл в год. Данный способ позволяет прогнозировать изменение функционального состояния легких, однако неинформативен в отношении прогнозирования частоты обострений у больных хронической обструктивной болезни легких.

Наиболее близким к предлагаемому является способ прогнозирования частоты обострения хронической обструктивной болезни легких у мужчин (RU №2484770 опубл. 20.06.2013 г.) [8]. Данный способ предложен коллективом авторов из Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко и основан на определении объема форсированного выдоха за 1 секунду и значение общего тестостерона крови, два данных показателя используются для расчета коэффициента обострения (Кобостр) по формуле:

К_{обостр.}=5,27-0,029⋅ОФВ1-0,111⋅T, где К_обостр - коэффициент частоты обострений ХОБЛ; ОФВ1 - объем фиксированного выдоха в первую секунду, T - уровень тестостерона в крови. При значении Кобостр менее 2,065 - прогнозируют не более двух обострений в год. При значении Кобостр, равной или превышающей 2,065 - прогнозируют три и более обострений в год.

Данный способ имеет ограничение в отношении прогнозирования частоты обострения хронической обструктивной болезни легких у женщин. Также, метод основан на определении двух показателей, принимая во внимание данные о комплексной природе формирования обострений при хронической обструктивной болезни легких, можно предположить, что метод недостаточно информативен. Альтернативным решением может быть использование для прогнозирования частоты обострений ХОБЛ клинических данных пациента в комбинации с данными о составе микробиотического сообщества орофаренгиального мазка пациента.

Новый технический результат - повышение точности, информативности и чувствительности способа.

Для достижения нового технического результата в способе прогнозирования частоты обострений при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), путем исследования пациента, проводят стандартный тест с 6-минутной ходьбой с оценкой расстояния, пройденного пациентом за 6 минут, проводят оценку пациента по шкале влияния, шкале симптомов, шкале активности, рассчитывают количество выкуриваемых пачек сигарет в год, оценивают, является ли пациент курящим на момент проведения обследования, осуществляют забор биоматериала с задней стенки глотки методом орофарингеальных мазков с последующим выделением ДНК и с использованием секвенирования по V3-V4 участкам бактериального гена 16S рРНК определяют количество операционных таксономических единиц, относящихся к семейству Propionibacteriaceae, семейству Acidaminobacteraceae, роду Bradyrhizobium, роду Treponema, роду Ruminococcus, виду Rothia mucilaginosa, виду Brevundimonas diminuta, виду Pseudomonas viridiflava, виду Acinetobacter schindleri, виду Sphingopyxis alaskensis, рассчитывают Y по формуле:

где

e - экспонента;

z=-3.2422224+0.2333078*Propionibacteriaceae-0.7650641*[Acidaminobacteraceae]+0.0530232*Bradyrhizobium+0.0017035*Treponema-0.0477756*[Ruminococcus]+0.0003007*R.mucilaginosa-0.1420281*B.diminuta-0.3395938*P.viridiflava-0.1749118*A.schindleri+0.2674346*S.alaskensis+0.0315489*ШВ+0.9829357*MMRC-0.0071466*Путь+0.06892*ШС-0.0162797*Пачка/лет-0.0162143*ША+0.7083252*Курение,

где

Propionibacteriaceae - количество операционных единиц семейства Propionibacteriaceae;

[Acidaminobacteraceae] - количество операционных единиц семейства Acidaminobacteraceae;

Bradyrhizobium - количество операционных единиц рода Bradyrhizobium;

Treponema - количество операционных единиц рода Treponema;

[Ruminococcus] - количество операционных единиц рода Ruminococcus;

R.mucilaginosa - количество операционных единиц вида Rothia mucilaginosa;

В.diminuta - количество операционных единиц вида Brevundimonas diminuta;

P.viridiflava - количество операционных единиц вида Pseudomonas viridiflava;

A.schindleri - количество операционных единиц вида Acinetobacter schindleri;

S.alaskensis - количество операционных единиц вида Sphingopyxis alaskensis;

ШВ - шкала влияния, значение, достигнутое пациентом по шкале влияния (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

MMRC - выраженность одышки у пациентов с ХОБЛ по шкале MMRC, выражается в баллах от 0 до 4. где «0» наименьшая степень выраженности одышки, «4» - наибольшая степень выраженности одышки;

Путь - пройденное пациентом расстояние (м) за 6 минут в стандартном тесте с 6-минутной ходьбой;

ШС - значение, достигнутое пациентом по шкале симптомов (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

Пачка/лет - значение, рассчитываемое по формуле: количество выкуриваемых сигарет в день × длительность курения (годы)) / 20;

ША - значение, достигнутое пациентом по шкале активности (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

Курение - факт курения на настоящий момент, Нет=0, Да=1;

далее, результат, полученный по формуле округляют до второго знака после запятой и помножают на сто для получения балла по сто-бальной шкале и при значении Y менее 38, прогнозируют не более одного обострения в год, не требующего госпитализации, а при значении Y равном 38 баллов и выше, прогнозируют два и более обострений в год.

В научно-технической литературе отсутствуют данные об исследованиях, в результате которых был бы предложен способ прогнозирования частоты обострений при ХОБЛ, учитывающий микробиотический состав ротоглотки. Кроме того, не обнаружено способа, характеризующегося идентичной совокупностью существенных признаков: включающих: стандартный тест с 6-минутной ходьбой с оценкой расстояния, пройденного пациентом за 6 минут, оценка пациента по шкале влияния, шкале симптомов, шкале активности, количество выкуриваемых пачек сигарет в год, факт курения пациента на момент проведения обследования. Таким образом, изобретение соответствует критерию «новизна» и «существенные отличия».

Способ апробирован в клинических условиях, таким образом, соответствует критерию «промышленная применимость».

Способ осуществляют следующим образом:

Обследованию подлежат лица, которым впервые был поставлен диагноз ХОБЛ, также лица, имеющие определенный стаж болезни.

У пациентов собирают анамнестические данные и измеряют следующие показатели согласно «Глобальной стратегии диагностики, лечения и профилактики хронической обструктивной болезни легких, 2015» [9]:

- Шкала влияния;

- Шкала активности;

- Шкала симптомов;

- Дневные симптомы;

- MMRC;

- Тест 6 минутной ходьбы;

- Стаж курения (пачка/лет);

- Факт курения на настоящий момент;

- Число обострений ХОБЛ за год.

У больного ХОБЛ получают орофаренгиальный мазок, из полученного биоматериала проводят выделение микробной ДНК. Проводят подготовку библиотек и ампликонное секвенирование маркерного вариабельного участка V3-V4 бактериальных генов 16S рРНК, определяют количество операционных таксономических единиц, относящихся к семейству Propionibacteriaceae, семейству Acidaminobacteraceae, роду Bradyrhizobium, роду Treponema, роду Ruminococcus, виду Rothia mucilaginosa, виду Brevundimonas diminuta, виду Pseudomonas viridiflava, виду Acinetobacter schindleri, виду Sphingopyxis alaskensis. Полученные данные представляют собой количественные переменные в формуле для расчета баллов прогноза частоты обострений. Результат, полученный по формуле округляют до второго знака после запятой и помножается на сто для получения балла по сто-бальной шкале. Если значение Y, полученное путем расчета формулы, менее 38, то у больного ХОБЛ прогнозируют не более одного обострения в год, не требующего госпитализации. Если больной в результате расчета получает 38 баллов и выше, то прогнозируют два и более обострений в год.

Рассчитывают значение уравнения регрессии Y по формуле:

где

е - экспонента,

z=-3.2422224+0.2333078*Propionibacteriaceae-0.7650641*[Acidaminobacteraceae]+0.0530232*Bradyrhizobium+0.0017035*Treponema-0.0477756*[Ruminococcus]+0.0003007*R.mucilaginosa-0.1420281*B.diminuta-0.3395938*P.viridiflava-0.1749118*A.schindleri+0.2674346*S.alaskensis+0.0315489*ШВ+0.9829357*MMRC-0.0071466*Путь+0.06892*ШС-0.0162797*Пачка/лет-0.0162143*ША+0.7083252*Курение

где

Propionibacteriaceae - количество операционных единиц семейства Propionibacteriaceae;

[Acidaminobacteraceae] - количество операционных единиц семейства Acidaminobacteraceae;

Bradyrhizobium - количество операционных единиц рода Bradyrhizobium;

Treponema - количество операционных единиц рода Treponema;

[Ruminococcus] - количество операционных единиц рода Ruminococcus;

R.mucilaginosa - количество операционных единиц вида Rothia mucilaginosa;

В.diminuta - количество операционных единиц вида Brevundimonas diminuta;

P.viridiflava - количество операционных единиц вида Pseudomonas viridiflava;

A.schindleri - количество операционных единиц вида Acinetobacter schindleri;

S.alaskensis - количество операционных единиц вида Sphingopyxis alaskensis;

ШВ - шкала влияния, значение, достигнутое пациентом по шкале влияния (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

MMRC - Выраженность одышки у пациентов с ХОБЛ по шкале MMRC, выражается в баллах от 0 до 4. Где «0» наименьшая степень выраженности одышки, «4» - наибольшая степень выраженности одышки;

Путь - пройденное пациентом расстояние (м) за 6 минут в стандартном тесте с 6-минутной ходьбой;

ШС - значение, достигнутое пациентом по шкале симптомов (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

Пачка/лет - значение, рассчитываемое по формуле: количество выкуриваемых сигарет в день × длительность курения (годы)) / 20;

ША - значение, достигнутое пациентом по шкале активности (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

Курение - Факт курения на настоящий момент, Нет=0, Да=1. Далее, результат, полученный по формуле округляют до второго знака после запятой и помножают на сто для получения балла по сто-бальной шкале и при значении Y менее 38, прогнозируют не более одного обострения в год, не требующего госпитализации, а при значении Y равном 38 баллов и выше, прогнозируют два и более обострений в год.

Разработку предлагаемого способа прогноза частоты обострений ХОБЛ с помощью уравнения логистической регрессии (формулы), основанной на совокупности данных анмнеза, клинико-функциональных факторов, идентификации количественного и видового состава микробиома орофарингеальных мазков методом секвенирования по V3-V4 участкам бактериального гена 16S рРНК, предваряла следующая экспериментальная работа и клинические исследования.

Было спланировано и выполнено одномоментное сравнительное клиническое исследование. Было обследовано 500 пациентов, страдающих ХОБЛ I-IV стадий по GOLD, групп риска A-D. Больные ХОБЛ включались в исследование в соответствии со следующими критериями:

Критерии включения:

1) Мужчины и женщины в возрасте от 35 до 70 лет.

2) Пациенты, курящие в настоящий момент, или бывшие курильщики с индексом курения более 10 пачка/лет.

3) Получение от пациента до участия в исследовании письменного информированного согласия, подписанного с указанием даты.

4) Документально подтвержденный клинический диагноз хронической обструктивной болезни легких длительностью как минимум 12 месяцев перед началом исследования (к ИРК пациента должна быть приложена ксерокопия из амбулаторной карты датированная и подписанная исследователем).

5) Диагноз ХОБЛ I-IV стадии, установленный на основании симптомов и данных спирометрии, согласно классификации GOLD 2008.

6) Пациенты, имеющие по результатам исследования функции внешнего дыхания постбронходилатационные ОФВ1/ФЖЕЛ <70%. Пациенты с ХОБЛ I стадии - ОФВ1 >80% от должного, с ХОБЛ II стадии - ОФВ1 ≤80-50% от должного, пациенты с ХОБЛ III стадии - ОФВ1 ≤50-30% от должного, пациенты с ХОБЛ IV стадии - ОФВ1 ≤30% от должного.

7) Стабильное течение заболевания (отсутствие обострений на протяжении не менее 4 недель до включения в исследование).

Критерии исключения:

1) Отсутствие информированного согласия.

2) Признаки респираторной инфекции на момент включения больного в исследовании.

3) Женщины в состоянии беременности и лактации.

4) Наличие любого онкологического заболевания.

5) Больные другими заболеваниями бронхо-легочной системы: бронхэктатическая болезнь, буллезная эмфизема легких, кисты легких, асбестоз, резекция части легкого или трансплантация (по данным анамнеза).

6) Больные с тяжелой сопутствующей патологией в стадии декомпенсации, которая, по мнению исследователя, может повлиять на результаты исследования.

7) Гельминтная инвазия (по данным анамнеза).

8) Алкоголизм и наркомания, токсикомания.

9) Психические расстройства, тяжелые поражения органов ЦНС в стадии декомпенсации (по данным анамнеза).

10) Потенциальная опасность от проведения функциональных тестов и инструментального обследования (по мнению врача исследователя).

11) Неспособность больного следовать устным и письменным инструкциям.

12) Наличие симптомов кишечных расстройств на момент Визита 1.

13) Применение нестероидных противовоспалительных средств в течение 3 месяцев до забора образцов.

14) Курсы антибактериальной терапии любой длительности в течение последних 4 недель до момента включения.

15) Известные клинические/лабораторные/анамнестические данные о наличии «хронических аллергических ринита, синуситов, дерматитов», которые могут повлиять на интерпретацию результатов исследования.

16) Отказ пациента от участия в исследовании.

В рамках исследования проведен 1 визит, включающий оценку соответствия пациента критериям включения/исключения, подписание информированного согласия пациента на участие в исследовании; сбор демографических данных; сбор анамнестических данных; заполнение вопросников; объективное обследование; оценку функции внешнего дыхания (спирометрия с проведением пробы на обратимость бронхообструкции); проведение теста с 6-минутной ходьбой; взятие орофаренгиального мазка для выделения микробной ДНК.

При сборе особенностей течения болезни учитывали: стаж течения ХОБЛ, регулярную терапию, наличие осложнений и количество эпизодов обострения, и их лечение. Пациентам предлагалось заполнить вопросники «mMRC», «САТ-тест» и «Госпиталя святого Георгия», анкету по питанию.

В исследование включили 500 пациентов, страдающих ХОБЛ, в возрасте от 35 до 70 лет, средний возраст 61,02±8,4 года (81,7% мужчин, 18,3% женщин). Длительность заболевания от 12 до 317 месяцев, средняя длительность заболевания составила 44,8±41,44 месяца (3,7 лет). По степени тяжести ограничения воздушного потока согласно классификации, GOLD 2014 года, больных ХОБЛ распределили следующим образом: I степень (GOLD I) имела место у 4% пациентов (60,6±12,8 лет), II степень (GOLD II) имела место у 36% пациентов (59,5±8,43 лет), III степень (GOLD III) - у 40% (62,6±7,62 лет) и IV степень (GOLD IV) - у 20% (60,8±8,46 лет). Забор биоматериала из ротоглотки на идентификацию микробиоты осуществляли у всех пациентов, включенных в исследование.

Выделение ДНК из орофаренгиального мазка проводили в соответствии с описанной методикой [10]. Подготовка библиотек и ампликонное секвенирование маркерного вариабельного участка V3-V4 бактериальных генов 16S рРНК проводили на приборе MiSeq (Illumina) согласно стандартному протоколу производителя [11]. Данные о представленности микроорганизмов орофаренгиальных мазков у больных ХОБЛ были исследованы с помощью пакета metagenomeSeq статистического языка программирования R. Операционные таксономические единицы были сгруппированы по таксономическим уровням командой aggTax. Далее, были удалены все операционные таксономические единицы, встречавшиеся менее чем в 20% образцов, после чего данные были нормализованы по моде с использованием команд cumNormStat и cumNorm. После нормализации, различия между группами на различных таксономических уровнях были получены алгоритмом fitZig (таблица 1, 2, 3). Клинические параметры, которые были использованы для построения прогностической модели: результаты стандартного теста с 6-минутной ходьбой, баллы, полученные в ходе оценки пациента по шкале влияния, шкале симптомов, шкале активности, количество выкуриваемых пачек сигарет в год, факт курения на настоящий момент. Таким образом, биомаркерами для прогнозирования частоты обострений ХОБЛ стали результаты клинического обследования и количественная представленность микроорганизмов. Верификация найденых биомаркеров частых обострений ХОБЛ в статистической модели с использованием анализа multiROC-кривых.

MultiROC-анализ проведен с использованием пакета Epi версии 1.1.71 статистического языка программирования R. В качестве классифицирующих факторов использовали значения представленности полученных ранее маркерных бактериальных таксонов, а также клиническую информацию о пациентах. Для всех факторов был проведен отбор и построена модель с максимально высокими показателями AUC и чувствительности, и специфичности. Наиболее качественная модель имела следующие показатели: чувствительность - 82,6%, специфичность 80,7% и AUC 0,867 при дискриминирующем значении 0,382 (Фиг. 1), что соответствовало хорошему качеству модели.

Регрессионный анализ представляет собой метод статистического исследования, который заключается в построении математической зависимости одной исследуемой переменной от одной или нескольких независимых переменных. При верно построенной модели, на основе значений независимой переменной или переменных можно с определенной точность предсказать значение зависимой переменной. К достоинствам регрессии также можно отнести простоту вычисления и аппроксимации коэффициентов, хорошую изученность данной статистической модели, быструю обучаемость. В медицине для построения классифицирующих моделей чаще всего используется не классическая регрессия, а ее модификация - логистическая регрессия, поскольку зависимая переменная зачастую принимает только два значения, например, «болен-здоров». Логистическая регрессия основывается на предположении о том, что исследуемая булевая зависимая переменная на самом деле имеет какое-то количественное значение, при этом определенный диапазон этих значений больше соответствует нулевому состоянию, например, «здоров», а другой диапазон - состоянию «болен». Для перекодирования результата регрессионного уравнения и получения значений зависимой переменной, результат подставляют в сигмоидную функцию. Данная функция на всем своем протяжении имеет положительные значения зависимой переменной, варьирующие от 0 до 1. В зависимости от того, к 0 или единице ближе результат уравнения после его подстановки в сигмоидную функцию определяют, в какую из групп классифицируется человек. Чаще всего, при значениях 0,5 и выше (т.е. при вероятности больше 50%) человека относят в группу 1 («больные»), при значениях ниже чем 0,5 человека относят к группе больных. Значения результата логистического уравнения можно достаточно просто ранжировать от 1 до 100 (округлив до второго знака после запятой и помножив на сто), и таким образом получить требуемую сто-балльную шкалу.

Уравнение логистической регрессии, использованное в анализе, имеет следующий вид:

где

е - экспонента,

z=-3.2422224+0.2333078*Propionibacteriaceae-0.7650641*[Acidaminobacteraceae]+0.0530232*Bradyrhizobium+0.0017035*Treponema-0.0477756*[Ruminococcus]+0.0003007*R.mucilaginosa-0.1420281*B.diminuta-0.3395938*P.viridiflava-0.1749118*A.schindleri+0.2674346*S.alaskensis+0.0315489*ШВ+0.9829357*MMRC-0.0071466*Путь+0.06892*ШС-0.0162797*Пачка/лет-0.0162143*ША+0.7083252*Курение

где

Propionibacteriaceae - количество операционных единиц семейства Propionibacteriaceae;

[Acidaminobacteraceae] - количество операционных единиц семейства Acidaminobacteraceae;

Bradyrhizobium - количество операционных единиц рода Bradyrhizobium;

Treponema - количество операционных единиц рода Treponema;

[Ruminococcus] - количество операционных единиц рода Ruminococcus;

R.mucilaginosa - количество операционных единиц вида Rothia mucilaginosa;

В.diminuta - количество операционных единиц вида Brevundimonas diminuta;

P.viridiflava - количество операционных единиц вида Pseudomonas viridiflava;

A.schindleri - количество операционных единиц вида Acinetobacter schindleri;

S.alaskensis - количество операционных единиц вида Sphingopyxis alaskensis;

ШВ - шкала влияния, значение, достигнутое пациентом по шкале влияния (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

MMRC - Выраженность одышки у пациентов с ХОБЛ по шкале MMRC, выражается в баллах от 0 до 4. Где «0» наименьшая степень выраженности одышки, «4» - наибольшая степень выраженности одышки;

Путь - пройденное пациентом расстояние (м) за 6 минут в стандартном тесте с 6-минутной ходьбой;

ШС - значение, достигнутое пациентом по шкале симптомов (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

Пачка/лет - значение, рассчитываемое по формуле: количество выкуриваемых сигарет в день × длительность курения (годы)) / 20;

ША - значение, достигнутое пациентом по шкале активности (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

Курение - Факт курения на настоящий момент, Нет=0, Да=1.

Полученные в ходе исследования данные о количественной представленности определенных таксономических единиц, а также клинические данные пациента представляют собой количественные переменные в формуле для расчета баллов прогноза частоты обострений. Результат, полученный по формуле округляют до второго знака после запятой и помножаюся на сто для получения балла по сто-бальной шкале. Если значение Y, полученное путем расчета формулы, составляет менее 38 баллов, то у больного ХОБЛ прогнозируют не более одного обострения в год, не требующего госпитализации, если значение Y составляет 38 баллов и выше, то прогнозируют два и более обострений в год.

Примеры выполнения способа

Пример 1. Больной Ф., 67 лет, диагноз ХОБЛ установлен в 2010 году. Первые симптомы болезни в виде одышки при физической нагрузке появились 9 лет назад, первоначально стадия расценивалась как III (тяжелое течение). С момента начала заболевания в качестве симптоматической терапии получал беродуал Н по 2 дозы 4 раза в сутки. С 2009 года получал тиотропия бромид 18 мкг 1 раз в сутки ингаляционно. В качестве симптоматического средства продолжает использовать беродуал Н в режиме «по требованию». Пациент регулярно наблюдается у пульмонолога. Свое состояние оценивает, как стабильное, однако отмечает нарастание одышки с течением времени.

В настоящее время пациента беспокоят приступы нарастающей одышки 1-3 раз в день, ночные 1-2 раза в неделю, плохо проходящие после приема 2 доз беродуала; кашель с небольшим количеством трудноотделяемой светлой мокроты; свисты в груди; ограничение физической активности - сложно выйти на улицу за покупками, принять душ, выполнять работу по дому. Провоцирующими факторами являются физическая нагрузка. В течение последних 12 месяцев возникло 2 обострения ХОБЛ, одно из них - I тип по N. Anthonisen, потребовавшее назначения антибактериальной терапии и системных глюкокортикостероидов, другое III тип по N. Anthonisen, потребовавшее назначения системных глюкокортикостероидов.

Анамнез жизни.

Пациент рос и развивался соответственно возрасту. Наследственность не отягощена. Пациент курит в настоящее время в течение 50 лет по 1 пачке в сутки (индекс курения - 50 пачка-лет). В 2000 году диагностированы ИБС, стенокрадия напряжения, гипертоническая болезнь, по поводу которых получает кардиомагнил 75 мг по 1 таблетке 1 раз в сутки в обед, эналаприл 5 мг по 1 таблетке 1 раз в сутки - утром.

Объективные данные:

Общее состояние удовлетворительное, сознание ясное. Кожные покровы чистые, сухие, тургор кожи снижен, гиперемия лица. Носовое дыхание сохранено. Периферические лимфоузлы не изменены. Деформация дистальных фаланг пальцев по типу «барабанных палочек» и ногтей рук по типу «часовых стекол». Костно-мышечная система без видимых деформаций, движения в суставах в полном объеме. Рост 167 см, вес 65 кг, ИМТ=23.3 кг/м2. До пробы с физической нагрузкой SpO2=98%, после пробы 6-MWD SpO2=975%, длинна пути 6-MWD - 360 м. САТ-тест - 34 балла. Одышка по шкале MMRC - 4 балла. Согласно вопроснику Госпиталя Святого Георгия оценка симптомов - 90,26; оценка активности - 94,09; оценка влияния - 96,17; оценка итога - 94,56. При осмотре грудная клетка бочкообразная, отмечается горизонтальный ход ребер. Частота дыхания составляет 13 в минуту, фаза выдоха удлинена. При пальпации грудной клетки болевые точки отсутствуют. Перкуторный звук - коробочный. Аускультация - жесткое дыхание, местами ослабленное («мозаичное» дыхание), выслушиваются сухие хрипы над задней поверхностью обоих легких при спокойном дыхании. При осмотре области сердца патологические изменения не определяются. Тоны сердца приглушены, ритм правильный. Пульс 77 в минуту, удовлетворительного наполнения и напряжения. Артериальное давление 134/74 мм. рт.ст. При пальпации живот мягкий, безболезненный. Печень +0,5 см от края реберной дуги. Селезенка не увеличена. Симптом поколачивания отрицательный с обеих сторон. Периферические отеки не выявляются.

Спирография (от 11.10.2014)

ФВД: ОФВ1 - 25,97%, ФЖЕЛ - 54,99%, ОФВ1/ФЖЕЛ - 37,4% от должных значений. Постбронходилатационные показатели: ОФВ1 - 28,19%, ФЖЕЛ - 59,85%, ОФВ1/ФЖЕЛ - 36,59%. Заключение: нарушение легочной вентиляции 3 ст. по обструктивному типу. Крайне резкое снижение ЖЕЛ 3 ст. Обратимость бронхиальной обструкции в тесте с сальбутамолом составила 5,48% - 40 мл - отрицательная.

Клинический диагноз:

Основной

ХОБЛ тип D (выраженные симптомы, высокий риск обострений), GOLD IV. Эмфизематозный фенотип.

Сопутствующая патология

ИБС: стенокардия напряжения II ФК, ХСН 1 по NYHA. На фоне гипертонической болезни III стадии, нормотензия, риск 4.

Проведено исследование согласно предлагаемому способу. У пациента проведена оценка представленности микробиоты орофарингеальной области согласно приведенной методики, были получены следующие значения представленности маркерных микроорганизмов:

Propionibacteriaceae 150;

[Acidaminobacteraceae] 30;

Bradyrhizobium 11;

Treponema 18;

[Ruminococcus] 21;

R.mucilaginosa 17;

B.diminuta 20;

P.viridiflava 100;

A.schindleri 11;

S.alaskensis 80.

Значения представленности бактерий были подставлены в уравнение для расчета риска обострений:

z=-3.2422224+0.2333078*150-0.7650641*30+0.0530232*11+0.0017035*18-0.0477756*21+0.0003007*17-0.1420281*20-0.3395938*100-0.1749118*11+0.2674346*80+0.0315489*96.17+0.9829357*4-0.0071466*360+0.06892*90.26-0.0162797*50-0.0162143*94.09+0.7083252*1

z=0.07104373

Y=0.5177535

Таким образом, после округления до второго знака после запятой и умножения на 100 был получен итоговый балл равный 52, что говорило о высоком риске развития частых обострений ХОБЛ, что и было подтверждено обострением заболевания, которое потребовало госпитализации и интенсивного лечения.

Для профилактики частых обострений пациенту было рекомендовано:

1. Отказ от курения (с возможным применением фармакологических методов);

2. Вакцинация против гриппа и пневмококковой инфекции;

3. Базисная терапия:

- флутиказона пропионат/салметерол 25/125 по 2 дозы 2 раза в сутки;

- тиотропия бромид 18 мкг по 1 дозе 1 раз в день;

- беродуал в режиме по требованию;

4. Ежедневные прогулки по 30-60 минут;

5. Консультация пульмонолога 1 раз в 3 месяца с проведением спирометрии и теста на обратимость бронхиальной обструкции;

6. Консультация кардиолога и проведение ЭхоКГ 1 раз в год;

7. Рентгенография органов грудной клетки 1 раз в год.

Таким образом, предлагаемый способ, основанный на использовании совокупности клинических данных и идентификации количественного и видового состава микробиома орофарингеальных мазков молекулярно-генетическимим методами (выделение бактериальной ДНК с последующим секвенированием), позволяет прогнозировать частоту обострений при хронической обструктивной болезни легких. Способ характеризуется высокой чувствительностью и специфичностью (чувствительность - 82,6%, специфичность 80,7%), что делает способ перспективным для широкого применения в клинической практике, поскольку позволяет своевременно назначать более адекватные лечебно-профилактические мероприятия.

Источники информации, использованные при составлении описания:

1. Garcia-Aymerich J., Lange P., Benet M., Schnohr P. et al. Regular physical activity reduces hospital admission and mortality in chronic obstructive pulmonary diseases: a population based cohort study. Thorax. 2006; 61(9): 772-778

2. Barns P.J., Celli B.R. Systemic manifistations and comorbidities of COPD. Eur respire J. 2009; 33: 1165-1185

3. Авдеев C.H. Хроническая обструктивная болезнь легких: обострения. Пульмонология. 2013; 3: 5-18

4. Sethi S and Murphy TF. Infection in the pathogenesis and course of chronic obstructive pulmonary disease. N Engl J Med. 2008 Nov 27; 359(22):2355-65.

5. Патент RU №2522678 от 20.07.2014 «Способ прогнозирования тяжести течения хронической обструктивной болезни легких» авторов Огородова Л.М., Федосенко С.В., Селиванова П.А., Кириллова Н.А., Куликов Е.С., Фрейдин М.Б., Кремер Е.А., Иккерт О.П., Салтыкова И.В.

6. Патент RU №2262889 от 27.10.2005 «Способ прогнозирования стабильного течения хронической обструктивной болезни легких» авторов Колосов В.П., Колосов А.В.

7. Патент RU №2370773 опубл. 20.10.2009 «Способ прогноза прогрессирования хронической обструктивной болезни легких» авторов Калинина Е.П., Лобанова Е.Г., Иванов Е.М.

8. Патент RU №2484770 от 20.06.2013 «Способ прогнозирования частоты обострения хронической обструктивной болезни легких» авторов Первеева И.М., Провоторов В.М.

9. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease. Global Strategy for the Diagnosis, Management and Prevention of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Updated 2010

10. Egshatyan L, Kashtanova D, Popenko A, Tkacheva O, Tyakht A, Alexeev D et al. Gut microbiota and diet in patients with different glucose tolerance // Endocr Connect. 2016 Jan; 5(1):1-9. doi: 10.1530/EC-15-0094. Epub 2015 Nov 10

11. 16S Metagenomic Sequencing Library Preparation: Preparing 16S Ribosomal RNA Gene Amplicons for the Illumina MiSeq System (электронный доступ: http://web.uri.edu/gsc/files/16s-metagenomic-library-prep-guide-15044223-b.pdf)

Приложение

Таблица 1 - Различия в представленности бактериальных видов в группах с частыми и редкими обострениями ХОБЛ. Представленность бактерий приведена в логарифмическом виде (LogFC), положительные значения свидетельствуют о повышении представленности данного таксона в образцах группы с частыми обострениями, отрицательные значения свидетельствуют о повышении представленности данного таксона в образцах группы с редкими обострениями. Значения р приведены после коррекции по методу Бенджамини-Хохберга.

Таблица 1 - Различия в представленности бактериальных родов в группах с частыми и редкими обострениями ХОБЛ. Представленность бактерий приведена в логарифмическом виде (LogFC), положительные значения свидетельствуют о повышении представленности данного таксона в образцах группы с частыми обострениями, отрицательные значения свидетельствуют о повышении представленности данного таксона в образцах группы с редкими обострениями. Значения р приведены после коррекции по методу Бенджамини-Хохберга.

Таблица 3 Различия в представленности бактериальных семейств в группах с частыми и редкими обострениями ХОБЛ.

Фиг. 1 multiROC кривая с дискриминацией по обострениям. На графике отмечено значение наибольшей чувствительности (Sens) и специфичности (Spec) при использовании данного набора факторов, площадь под ROC-кривой (area under curve) и дискриминирующее значение (lr.eta).

Таблица 3

Изобретение относится к области медицины и представляет собой способ прогнозирования частоты обострений при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Используют результаты теста с оценкой расстояния, пройденного пациентом за 6 минут, проводят оценку по шкалам влияния, симптомов и активности, рассчитывают количество выкуриваемых пачек сигарет в год, устанавливают факт курения на момент обследования, осуществляют орофарингеальный мазок с задней стенки глотки с выделением ДНК и секвенированием по V3-V4 участкам бактериального гена 16S рРНК определяют количество операционных таксономических единиц семейства Propionibacteriaceae, семейства Acidaminobacteraceae, рода Bradyrhizobium, рода Treponema, рода Ruminococcus, вида Rothia mucilaginosa, вида Brevundimonas diminuta, вида Pseudomonas viridiflava, вида Acinetobacter schindleri, рода Sphingopyxis alaskensis. Полученные данные являются количественными переменными в уравнении логистической регрессии для расчета баллов Y. При Y менее 38 баллов прогнозируют не более одного обострения в год, не требующего госпитализации. При Y, равном 38 баллов и выше, прогнозируют два и более обострений в год. Изобретение обеспечивает повышение точности, информативности и чувствительности способа прогнозирования. 3 табл., 1 пр., 1 ил.

Способ прогнозирования частоты обострений при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), путем исследования пациента, отличающийся тем, что проводят стандартный тест с 6-минутной ходьбой с оценкой расстояния, пройденного пациентом за 6 минут, проводят оценку пациента по шкале влияния, шкале симптомов, шкале активности, рассчитывают количество выкуриваемых пачек сигарет в год, оценивают, является ли пациент курящим на момент проведения обследования, осуществляют забор биоматериала с задней стенки глотки методом орофарингеальных мазков с последующим выделением ДНК и с использованием секвенирования по V3-V4 участкам бактериального гена 16S рРНК определяют количество операционных таксономических единиц, относящихся к семейству Propionibacteriaceae, семейству Acidaminobacteraceae, роду Bradyrhizobium, роду Treponema, роду Ruminococcus, виду Rothia mucilaginosa, виду Brevundimonas diminuta, виду Pseudomonas viridiflava, виду Acinetobacter schindleri, виду Sphingopyxis alaskensis, далее, рассчитывают значение уравнения логистической регрессии Y по формуле:

Где

е - экспонента;

z=-3.2422224+0.2333078*Propionibacteriaceae-0.7650641*[Acidaminobacteraceae]+0.0530232*Bradyrhizobium+0.0017035*Treponema-0.0477756*[Ruminococcus]+0.0003007*R.mucilaginosa-0.1420281*B.diminuta-0.3395938*P.viridiflava-0.1749118*A.schindleri+0.2674346*S.alaskensis+0.0315489*ШВ+0.9829357*MMRC-0.0071466*Путь+0.06892*ШС-0.0162797*Пачка/лет-0.0162143*ША+0.7083252*Курение,

где

Propionibacteriaceae - количество операционных единиц семейства Propionibacteriaceae; [Acidaminobacteraceae] - количество операционных единиц семейства Acidaminobacteraceae;

Bradyrhizobium - количество операционных единиц рода Bradyrhizobium;

Treponema - количество операционных единиц рода Treponema;

[Ruminococcus] - количество операционных единиц рода Ruminococcus;

R.mucilaginosa - количество операционных единиц вида Rothia mucilaginosa;

B.diminuta - количество операционных единиц вида Brevundimonas diminuta;

P.viridiflava - количество операционных единиц вида Pseudomonas viridiflava;

A.schindleri - количество операционных единиц вида Acinetobacter schindleri;

S.alaskensis - количество операционных единиц вида Sphingopyxis alaskensis;

ШВ - шкала влияния, значение, достигнутое пациентом по шкале влияния (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

MMRC - выраженность одышки у пациентов с ХОБЛ по шкале MMRC, выражается в баллах от 0 до 4, где «0» - наименьшая степень выраженности одышки, «4» - наибольшая степень выраженности одышки;

Путь - пройденное пациентом расстояние (м) за 6 минут в стандартном тесте с 6-минутной ходьбой;

ШС - значение, достигнутое пациентом по шкале симптомов (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009)), значение от 0-100;

Пачка/лет - значение, рассчитываемое по формуле: количество выкуриваемых сигарет в день х длительность курения (годы) / 20;

ША - значение, достигнутое пациентом по шкале активности (результат вопросника для больных с заболеваниями органов дыхания госпиталя Святого Георгия SGRQ (2009), значение от 0-100;

Курение - Факт курения на настоящий момент, Нет = 0, Да = 1;

далее, результат, полученный по формуле, округляют до второго знака после запятой и помножают на сто для получения балла по сто-балльной шкале и при значении Y менее 38, прогнозируют не более одного обострения в год, не требующего госпитализации, а при значении Y, равном 38 баллов и выше, прогнозируют два и более обострений в год.