СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЧАСТЫХ ОБОСТРЕНИЙ У ПАЦИЕНТОВ С ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНЬЮ ЛЕГКИХ Российский патент 2023 года по МПК A61B5/91 G01N33/68 G01N33/52 

Изобретение относится к области медицины, а именно к терапии и пульмонологии, и может использоваться для прогнозирования частых обострений хронической обструктивной болезни легкого в течение года с момента обращения за медицинской помощью по поводу обострения.

Результаты исследования «ECLIPSE» впервые указали на роль частых обострений как значимого прогностического фактора неблагоприятных событий у больных с хронической обструктивной болезнью легких, что привело к выделению клинического фенотипа хронической обструктивной болезнью легких с частыми обострениями (больше 2-х амбулаторных в год или более 1-го, приведшего к госпитализации) и значительно изменило ранее существовавший способ классификации пациентов с хронической обструктивной болезни легких [1,2]. Поиск предикторов частых обострений у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких представляет важную клиническую задачу, решение которой позволит своевременно оптимизировать терапию, повысить качество жизни, снизить смертность [3].

Клиническая гетерогенность больных с хронической обструктивной болезнью легких не позволяет достоверно прогнозировать частые обострения на основании данных спирометрии [1,3-5]. Данная особенность хронической обструктивной болезни легких требует поиска новых критериев оценки индивидуального риска неблагоприятных событий для каждого пациента. По мнению Alvar А. et al. лечение пациентов должно быть нацелено на эндотипы, которые отражают подтипы пациентов, характеризуемые определенным патофизиологическим механизмом. Alvar А. считает, что конкретные биомаркеры этих эндотипов были бы особенно полезны для клинической практики в тех случаях, когда одного клинического фенотипа недостаточно для определения основного эндотипа [7].

В настоящее время предложены уже несколько потенциальных эндотипов и их биомаркеров при хронической обструктивной болезни легких. Наиболее изученным среди них является эндотип хронической обструктивной болезни легких, связанный с недостаточностью альфа-1 антитрипсина [8]. Особый интерес вызывает эндотип с персистирующим системным воспалением, для которого характерны постоянно повышенные уровнем ряда биомаркеров воспаления (лейкоциты, СРБ, интерлейкин-6, интерлейкин-8, фибриноген). В ряде работ подчеркивается важная роль интерлейкина-8 определяющего нейтрофильных характер воспаления в патогенезе хронической обструктивной болезни легких [2,8,9]. Данный эндотип характеризуется более частыми обострениями и высокой смертностью от всех причин [9].

За последние 10 лет отмечается рост числа исследований, посвященных окисленно-модифицированным белкам, как значимым биомаркерам хронической обструктивной болезни легких [10]. В связи с этим большую диагностическую ценность представляют маркеры дезадаптации механизмов клеточной регуляции [9]. Среди подобных показателей представляется интересным резервно-адаптационный потенциал окислительной модификации белков, который характеризует интенсивность окислительного повреждения и может быть использован для количественной характеристики окислительного дистресса. Важным прикладным аспектом является возможность определения резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков в плазме венозной крови, что делает данный подход доступным для рутинной практики [11].

Таким образом, комплексная оценка объема форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ₁), уровня резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков и интерлейкина-8 в венозной плазме крови потенциально может служить основанием для выделения эндотипа пациентов с хронической обструктивной болезнью легких с частыми обострениями.

К настоящему времени большая часть уже известных подходов для прогнозирования обострений связана, с одной стороны, с выделением подгрупп пациентов в зависимости от коморбидного фона. Примером могут служить методы прогнозирования частоты обострений при сахарном диабете 2 типа (RU 2625270, опубл. 12.07.17 - прототип), у больных с нарушением сна RU 2 681 272 C1, у больных с ожирением (RU 2 652 550 C1). Данные подходы малодоступны в рутинной практике, подвержены искажениям, обусловленными воздействием проводимой терапии на уровень измеряемых показателей, требуют подбора пациентов со специфичным фенотипом или коморбидным фоном.

Ограничения методов, предложенные в методе RU 2 712 244 C1 обусловлены крайне узкой категорией пациентов, уже получающих рофлумиласт.Подход №RU 2484770 ограничен только использованием у пациентов мужского пола, при том, что развитие хронической обструктивной болезнью легких может наблюдаться также и у женщин. Подход отраженный в RU 2 657 788 C1 связан с потребностью в секвенировании элементов генома микробиома пациента, что резко ограничивает применимость этого подхода в реальной клинической практике.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка эффективного способа прогнозирования частых обострений (два и более обострений за текущий год) у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких с момента обращения за медицинской помощью по поводу обострения. Предлагаемый способ прогнозирования частых обострений может быть использован у пациентов с хронической обструктивной болезни легких вне зависимости от коморбидного фона, не требует дорогостоящего оборудования и расходных материалов.

Для разработки способа проведено исследование, в котором приняли участие 59 пациентов с хронической обструктивной болезнью легких II-III степени тяжести по классификации GOLD 2022. Средний возраст пациентов составил 65 [61,5,5;65] лет (из них 55 мужчин и 4 женщины). Забор крови осуществлялся в день обращения за медицинской помощью по поводу обострения. Спирометрию для определения ОФВ₁ в % от должной величины проводили в день обращения за медицинской помощью по поводу обострения [12]. Должная величина ОФВ₁ - это статистически установленная норма показателя для человека данного пола, возраста, роста и этнической принадлежности[12].

Комплексную оценку окислительной модификации белков проводили путем определения уровня карбонильных производных окисленных аминокислотных остатков белков по реакции с 2,4-динитрофенилгидразином. Для образующиеся при этом 2,4-динитрофенилгидразонов (ДНФГ) характерны специфические спектры поглощения в видимой и ультрафиолетовой части [13, 14].

Для исследования одного образца использовали по 100 мкл надосадочной жидкости, которые вносили в 4 пробирки. Первая пара опыт-контроль использовалась для оценки количества карбонильных производных, образовавшихся при спонтанном окислительном повреждении белков (спотанной окислительной модификации белков, СП ОМБ), вторая пара - для определения карбонильных производных, образующихся по металл-катализируемому механизму (индуцируемая или металл-катализируемая окислительная модификация белков, МК ОМБ). Во все пробы добавляли по 1 мл раствора трихлоруксусной кислоты (ТХУ) (ЗАО «Вектон», Россия) для осаждения белков. Затем в каждой паре в пробирку с опытной пробой вносили 1 мл раствора 2,4-динитрофенилгидразина (ЗАО «Вектон», Россия), а в контрольную - 1 мл 2 М раствора HCl (ЗАО «Вектон», Россия). Пробы тщательно перемешивали. Для определения МК ОМБ во вторую пару пробирок одного образца дополнительно добавляли по 0,1 мл растворов 4 мМ сульфата железа (II) (ЗАО «Вектон», Россия), 1 мМ ЭДТА (ООО «Компания Хеликон», Россия), 0,3 мМ H₂O₂ (ООО «Тульская фармацевтическая фабрика»). Таким образом, в инкубационной среде создавались условия для реакции Фентона, связанной с образованием гидроксил-радикалов в присутствии металлов переменной валентности. Инкубацию проводили в защищенном от света месте в течение 1 часа при комнатной температуре, после чего исследуемые образцы центрифугировали в течение 15 минут при 1000 g. Надосадочную жидкость сливали, а осадок трижды промывали смесью этанола и этилацетата (ЗАО «Вектон», Россия) (1:1) для удаления липидов и 2,4-динитрофенилгидразина, не вступившего в реакцию с карбонильными группами. Осадок высушивали и растворяли в 3 мл 8 М раствора мочевины (ЗАО «Вектон», Россия).

Измерение содержания карбонильных аддуктов проводили на спектрофотометре СФ-2000 (ООО «ОКБ Спектр», Россия). Для определения динитрофенилгидразонов измеряли оптическую плотность в ультрафиолетовой части спектра при длинах волн 230, 254, 270, 280, 356 нм (максимумы поглощения альдегиддинитрофенилгидразонов), 363 и 370 нм (максимумы поглощения кетондинитрофенилгидразонов), а так же в видимой части спектра при длинах волн 428 и 430 нм (максимумы поглощения альдегиддинитрофенилгидразонов) и 434, 524, 530, 535 нм (максимумы поглощения кетондинитрофенилгидразонов). Строили график зависимости оптической плотности от длины волны. Количество карбонильных производных аминокислотных остатков в белках оценивали по площади под кривой спектра поглощения. Полученные значения выражали в условных единицах на 1 мл плазмы.

Определяли суммарное содержание спонтанных окислительно-модифицированных белков плазмы венозной крови (СП ОМБ) по общей площади под кривой спектра поглощения (S ОМБ), которую оценивали спектрофотометрически[13]. Оценивали резервно-адаптационный потенциал окислительно модификации белков (РАП ОМБ): для этого из 1 вычитали значение, полученное при вычислении отношения продуктов спонтанного окисления (СП ОМБ) к индуцированному в реакции Фентона (МК ОМБ). Результаты трактовали следующим образом: чем выше РАП ОМБ, тем выше резервно-адаптационный потенциал ОМБ и наоборот.

Статистический анализ базовых результатов клинического исследования проводился с использованием программы Jamovi 2.3.16.

За 12 месяцев последующего наблюдения с момента обращения за медицинской помощью по поводу обострения 2 и более обострения зафиксированы у 26 (44%) пациентов. У пациентов, среди которых в течение 12 месяцев наблюдения были выявлены частые обострения, отмечались следующие статистически значимые особенности:

- уровень интерлейкина-8 у пациентов с частыми обострениями составил 64,8 [63,7;69,5], у пациентов без частых обострений - 63 [62,3;63,5] (р<0,001),

- уровень РАП ОМБ у пациентов с частыми обострениями составил 0,441 [0,278;0,541], у пациентов без частых обострений -0,74 [0,554;0,805] (р<0,001),

- показатель ОФВ₁ у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких с частыми и без частых обострений статистически значимо не различался.

Для оценки возможности прогнозирования исходов был использован метод бинарной логистической регрессии. Получена прогностическая модель развития частых обострений у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких.

R-квадрат Найджелкерка составил 0,557 (R²=0,557). Значимость модели составила<0,001.

Уравнение регрессии:

Z=36,8+0,085 * X1 - 0,73 * X2+10 * X3,

где Х1 - значение ОФВ₁ в % от должной величины,

Х2 - уровень интерлейкина-8 венозной плазмы крови в пг/мл;

Х3 - уровень резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков венозной плазмы крови (РАП ОМБ), где РАП ОМБ=1-СП ОМБ/МК ОМБ (СП ОМБ - уровень спонтанной окислительной модификации белков венозной плазмы крови;

МК ОМБ - уровень металл-катализируемой окислительной модификации белков венозной плазмы крови).

Расчет частоты обострений:

Р=1 / (1+е^-Z), где Р -вероятность развития частых обострений, е - основание натурального логарифма (число Эйлера).

Если P<0,45, то это хроническая обструктивная болезнь легких с частыми обострениями, если P>0,45 это хроническая обструктивная болезнь легких с нечастыми обострениями.

При пороге классификации 0,45 чувствительность модели - 82,6%, специфичность - 86,1%, точность 84,7%. После проверки прогностической модели методом ROC-анализа подтверждена значимость модели.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1 ROC кривая характеризующая прогностическую модель при пороге классификации 0,45. Площадь под кривой (AUC) 0,940.

Вероятность развития частых обострений находится в обратной зависимости от показателя резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков плазмы венозной крови у больных с хронической обструктивной болезнью легких и показателя ОФВ₁, и в прямой зависимости от концентрации интерлейкина-8 плазмы венозной крови. Чем ниже показатель ОФВ₁, чем ниже уровень резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков плазмы и выше уровень интерлейкина-8 плазмы венозной крови, тем выше вероятность частых обострений у пациента с ХОБЛ.

Клиническое наблюдение №1

Пациент А., с диагнозом хроническая обструктивная болезнь легких, обострение. ДН I ст.Возраст 65 лет, уровень интерлейкина-8 69,5 пг/мл, ОФВ₁ - 66% от должной величины, РАП ОМБ - 0,2117.

Подставляем значения в уравнение регрессии:

Z=36,8+0,085 * 66 - 0,73 * 69,5+10 * 0,21

Вероятность развития частых обострений в течение последующего года: Р=1 / (1+е^-(-4,125))=0,0159

В период наблюдения (12 месяцев) у пациента развилось 2 обострения, одно из них привело к госпитализации.

Вывод: у пациента частые обострения хронической обструктивной болезни легких.

Клиническое наблюдение №2

Пациент Б., с диагнозом хроническая обструктивная болезнь легких, обострение. ДН I ст.Возраст 61 лет, уровень интерлейкина-8 62,4 пг/мл, ОФВ₁ - 45% от должной величины, РАП 0,74.

Подставляем значения в уравнение регрессии:

Z=36,8+0,085 * 45 - 0,73 * 62,4+10 * 0,74

Вероятность частых обострений: Р=1 / (1+е^-(2,473))

Р=1 / (1+е^-5,433)=0,9259

В течение 12 месяцев у пациента Б обострений хронической обструктивной болезни легких не было зафиксировано.

Вывод: частые обострения хронической обструктивной болезни легких отсутствуют.

Таким образом, определение ОФВ₁ в комбинации с уровнями интерлейкина-8 и резервно-адаптационным потенциалом окислительной модификации белков плазмы венозной крови у пациентов с хронической обструктивной болезни легких, позволяет прогнозировать частые обострения в течение года последующего наблюдения с момента обращения за медицинской помощью по поводу обострения.

Источники информации

1. Hurst J.R. и др. Susceptibility to Exacerbation in Chronic Obstructive Pulmonary Disease // N. Engl. J. Med. 2010. Т. 363. №12. С.1128-1138;

2. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD). Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of Chronic Obstructive Pulmonary Disease - 2023 Report // Glob. Initiat. Chronic Obstr. Lung Dis. Inc. 2023.

3. Респираторная медицина: руководство: в 3 т./ под ред. А.Г. Чучалина. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Литтерра, 2017. - Т. 1. - 640 с.: ил.

4. Decramer M. и др. Effect of tiotropium on outcomes in patients with moderate chronic obstructive pulmonary disease (UPLIFT): a prespecified subgroup analysis of a randomised controlled trial // Lancet. 2009. Т. 374. №9696. С.1171-1178.,

5. Jenkins C.R. и др. Efficacy of salmeterol/fluticasone propionate by GOLD stage of chronic obstructive pulmonary disease: Analysis from the randomised, placebo-controlled TORCH study // Respir. Res. 2009. Т. 10. С.1-9.

6. Agusti A. The path to personalised medicine in copd // Thorax. 2014. Т. 69. №9. С.857-864.

7. Woodruff P.G. и др. Current concepts in targeting chronic obstructive pulmonary disease pharmacotherapy: making progress towards personalised management // Lancet. 2015. Т. 385. №9979. С.1789-1798.

8. Stockley R.A., Turner A.M. α-1-Antitrypsin deficiency: clinical variability, assessment, and treatment // Trends Mol. Med. 2014. Т. 20. №2. С.105-115.

9. Balkissoon R. Journal Club // COPD J. Chronic Obstr. Pulm. Dis. 2012. Т. 9. №4. С.439-441.

10. Helmut Sies, Berndt C., Jones D.P. Oxidative Stress // Annu. Rev. Biochem. 2017. Т. 86.

11. Фомина М.А., Абаленихина Ю.В. Окислительная модификация белков тканей при изменении синтеза оксида азота. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018; 192 с.

12. Методические рекомендации. СПИРОМЕТРИЯ. 2023. URL:https://spulmo.ru/upload/kr/Spirometria_2023.pdf (дата обращения: 30.03.2023).

13. Окислительная модификация белков сыворотки крови человека, метод ее определения [Текст] / Е.Е. Дубинина [и др.] // Вопр. мед. химии. - 1995. - Т. 41, №1. - С.24-26.;

14. Фомина М.А., Ю.В. Абаленихина. Способ комплексной оценки содержания продуктов окислительной модификации белков в тканях и биологических жидкостях: методические рекомендации. ГБОУ ВПО РязГМУ Минздрава России. Рязань: РИО РязГМУ. 2014; 60 с.

Изобретение относится к медицине, а именно к терапии и пульмонологии, и может быть использовано для прогнозирования развития частых обострений у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких в течение 12 месяцев последующего наблюдения с момента обращения за медицинской помощью по поводу обострения хронической обструктивной болезни легких. Проводят определение объема форсированного выдоха за 1-ю секунду с помощью спирометрии, интерлейкина 8 и резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков венозной плазмы крови. Рассчитывают вероятность развития частых обострений по формуле Р = 1 / (1 + е^-Z), где Р – вероятность развития частых обострений, е – основание натурального логарифма (число Эйлера), а Z – показатель, рассчитываемый следующим образом: Z = 36,8 + 0,085 ⋅ X1 - 0,73 ⋅ X2 + 10 ⋅ X3, где Х1 – значение объема форсированного выдоха за 1-ю секунду, % от должной величины, Х2 – уровень интерлейкина-8 венозной плазмы крови, пг/мл, Х3 – уровень резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков венозной плазмы крови, и (РАП ОМБ), рассчитываемый как: РАП ОМБ=1-СП ОМБ/МК ОМБ, где СП ОМБ – уровень спонтанной окислительной модификации белков венозной плазмы крови; МК ОМБ – уровень металл-катализируемой окислительной модификации белков венозной плазмы крови. Если P<0,45, то прогнозируют хроническую обструктивную болезнь с частыми обострениями. Если P>0,45, то прогнозируют хроническую обструктивную болезнь легких с нечастыми обострениями. Способ обеспечивает возможность эффективного прогнозирования частых обострений - два и более обострений за текущий год у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких с момента обращения за медицинской помощью по поводу обострения за счет определения объема форсированного выдоха за 1-ю секунду с помощью спирометрии, интерлейкина 8 и резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков венозной плазмы крови с последующим расчетом вероятности развития частых обострений с помощью математического аппарата. 1 ил., 2 пр.

Способ прогнозирования развития частых обострений у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких в течение 12 месяцев последующего наблюдения с момента обращения за медицинской помощью по поводу обострения хронической обструктивной болезни легких, включающий определение объема форсированного выдоха за 1-ю секунду с помощью спирометрии, интерлейкина 8 и резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков венозной плазмы крови, отличающийся тем, что рассчитывают вероятность развития частых обострений по формуле Р = 1 / (1 + е^-Z), где Р – вероятность развития частых обострений, е – основание натурального логарифма (число Эйлера), а Z – показатель, рассчитываемый следующим образом:

Z = 36,8 + 0,085 ⋅ X1 - 0,73 ⋅ X2 + 10 ⋅ X3,

где Х1 – значение объема форсированного выдоха за 1-ю секунду, % от должной величины,

Х2 – уровень интерлейкина-8 венозной плазмы крови, пг/мл,

Х3 – уровень резервно-адаптационного потенциала окислительной модификации белков венозной плазмы крови, и (РАП ОМБ), рассчитываемый как:

РАП ОМБ=1-СП ОМБ/МК ОМБ, где

СП ОМБ – уровень спонтанной окислительной модификации белков венозной плазмы крови;

МК ОМБ – уровень металл-катализируемой окислительной модификации белков венозной плазмы крови;

при этом если P<0,45, то прогнозируют хроническую обструктивную болезнь с частыми обострениями, если P>0,45, то прогнозируют хроническую обструктивную болезнь легких с нечастыми обострениями.