5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Бронхиальная_астма_у_детей_маркеры_воспаления
.pdfРис. 3.15. Дыхательный маневр при исследовании пациента на аппаратно-диагностическом комплексе «Респирон»
Неподвижный в течение определенного времени звуковой тракт представляет собой резонатор с несколькими полостями, каждая из которых обладает собственной резонансной частотой – формантой (рис. 3.14). Индивидуальные особенности человека в строении голосового аппарата отражаются на поведении компоненты ЗСД в пределах до 300 Гц, называемой нулевой формантой. Шумовая волна присутствует в сигнале независимо от наличия или отсутствия патологии. Меняются только интенсивность и локализация в частотной области. В настоящее время анализ ЗСД производится в основном по частотной характеристике спектра сигнала. Наиболее полную информацию можно было бы получить, используя соотношения между значениями частот и их интенсивностями.
Проведенное математическое моделирование показало, что вейвлет-спектр дает исследователю наглядное представление о распределении сигнала как по частотам, так и по времени. Выполнено сравнение двух классов вейвлетов, наиболее приспособленных для
69
анализа ЗСД: вейвлет Габора и гауссов вейвлет. Сравнительное исследование показало, что функция Габора значительно лучше локализует детали сигнала. При визуальном анализе вейвлет-спектра следует иметь в виду следующее: по горизонтали (смещение) содержит информацию о сигнале по времени, а масштаб (по вертикальной оси) характеризует частоты сигнала. Цветовые характеристики отражали частотную наполняемость: низкой интенсивности соответствовали оттенки синего, высокой – от желтого до красного. В результате применения комплексного математического инструментария были созданы аппаратно-диагностический комплекс «Респирон» и специальная компьютерная программа «WaveGO».
Таблица 3 . 5
Характеристика частотной наполняемости различных областей вейвлет-спектрограмм звукового сигнала спокойного и форсированного дыхания у здоровых детей и при БА
дошкольного/школьного возраста, в баллах
|
|
Группа |
|
||
|
|
|
|
|
|
Показатель |
Здоровые |
Здоровые |
БА у детей |
БА у детей до- |
|
|
школьники |
дошкольники |
школьного воз- |
школьного воз- |
|
|
(n=10) |
(n=11) |
раста (n=10) |
раста (n=9) |
|
|
|
|
|
|
|
F0 спокойного ды- |
1,0 |
1,2±0,1 |
– |
1,6±0,2 |
|
хания |
|||||
|
|
|
|
||
F0 форсированного |
1,0 |
1,5±0,1 |
1,1±0,2 |
0,8±0,2 |
|
дыхания |
|||||
|
|
|
|
||
W спокойного ды- |
2,4±0,2 |
2,3±0,1 |
– |
1,6±0,2 |
|
хания |
|||||
|
|
|
|
||
W форсированного |
2,9±0,1 |
1,3±0,2 |
0,5±0,2* |
0,4±0,2** |
|
дыхания |
|||||
|
|
|
|
||
Участок основного |
|
|
|
|
|
шума при форсиро- |
1,8±0,2 |
2,4±0,1 |
2,3±0,3 |
2,4±0,2 |
|
ванном дыхании |
|
|
|
|
Примечание: F0 – нулевая форманта; W – шумовая волна: * – p=0,000001 по сравнению со здоровыми школьниками; ** – p = 0,0014 по сравнению со здоровыми дошкольниками
Был создан аппаратно-диагностический комплекс «Респирон» (рис. 3.15), включающий специально разработанный датчик, компь-
70
ютерную программу «WaveGO», с использованием стандартных средств звукозаписи персонального компьютера, что позволяет оценивать дыхательную акустику. Новая диагностическая методика, включающая регистрацию и анализ у одного и того же больного последовательно звукового сигнала спокойного и форсированного дыхания путем введения в ротовую полость специального датчика, расширяет диагностические возможности. Впервые в пульмонологии создана комплексная математическая модель анализа ЗСД, включающая исследование нулевой форманты, шумовой области и вейвлет-спектрограммы на основе функции Габора.
Имеются возрастные отличия в паттерне вейвлет-спектрограмм звукового сигнала спокойного и форсированного дыхания у здоровых детей школьного возраста и дошкольников.
Спектрограмма спокойного дыхания у здорового ребенка характеризовалась гармоничными пиками низкой интенсивности в области нулевой форманты и частыми гармоничными пиками средней интенсивности (шумовой волной) в зоне от 190 до 2000 Гц. У обследуемого без синдрома бронхиальной обструкции и бронхолегочной патологии при форсированном дыхании на вейвлет-спектрограмме происходило прерывание гармоничных пиков нулевой форманты и шумовой области негармоничным шумом средней и высокой частоты. Были обнаружены различия паттерна вейвлет-спектрограмм ЗСД у здоровых детей дошкольного возраста и школьников, которые касались, главным образом, выраженности гармонических пиков нулевой форманты и периодической шумовой волны.
У больных бронхиальной астмой детей с синдромом бронхиальной обструкции, в сравнении со здоровыми, имеются отличия на вейвлет-спектрограммах в виде уменьшения выраженности гармонических пиков в области нулевой форманты и шумовой волны спокойного и форсированного дыхания, снижения частотной наполняемости периодической шумовой волны при форсированном дыхании в частотном диапазоне 190–2000 Гц (рис. 3.16–3.22).
На основе новой диагностической методики обследования с использованием компьютерного анализа вейвлет-спектрограмм и ре-
71
сурсов сети Интернет создана модель дистанционного диагностирования и мониторинга состояния больных бронхиальной астмы.
Рис. 3.16. Вейвлет-спектрограмма ЗСД – здоровый, школьный возраст, спокойное дыхание
Рис. 3.17. Вейвлет-спектрограмма ЗСД – здоровый, школьный возраст, форсированное дыхание
72
Рис. 3.18. Вейвлет-спектрограмма ЗСД – здоровый, дошкольный возраст, спокойное дыхание
Рис. 3.19. Вейвлет-спектрограмма ЗСД – здоровый, дошкольный возраст, форсированное дыхание
73
Рис. 3.20. Вейвлет-спектрограмма ЗСД – бронхиальная астма, обострение, форсированное дыхание
Рис. 3.21. Вейвлет-спектрограмма ЗСД – бронхиальная астма, дошкольный возраст, спокойное дыхание
74
Рис. 3.22. Вейвлет-спектрограмма ЗСД – бронхиальная астма, дошкольный возраст, форсированное дыхание
80% |
80% |
80% |
|
|
|
|
|
Здоровые школьники |
60% |
р=0,007 |
БА у детей школьного |
|
||
|
|
возраста |
40% |
|
|
20% |
10% |
10% |
|
0%
F форсированного |
W форсированного |
дыхания |
дыхания |
Рис. 3.23. Выраженность гармонических пиков в области нулевой форманты (F0) и шумовой волны (W) по вейвлет-спектрограмме форсированного дыхания у здоровых и при БА школьного возраста
Таким образом, оценка функции внешнего дыхания является важным этапом вдиагностировании и дифференциации БА у детей, однако исследование ФВД затруднено у детей раннего и дошкольного возраста. Требуются продолжение исследований и разработка новых диагностических методик оценки вентиляционной функции у детей в дошкольном возрасте. Актуальным направлением оценки ФВД у детей и подростковявляется неинвазивный анализзвукового сигнала дыхания.
75
Глава IV
РОЛЬ ИММУНОАЛЛЕРГОЛОГИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ, МАРКЕРОВ ВОСПАЛЕНИЯ
И БИОМАРКЕРОВ В ДИАГНОСТИКЕ
БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ У ДЕТЕЙ
В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что основой формирования патологического процесса при бронхиальной астме являются нарушения иммунного гомеостаза и хроническое воспаление в дыхательных путях [223, 224, 26, 14, 8].
Атопия – это важнейший фенотип БА, который верифицируется
вклинических и эпидемиологических исследованиях тремя методами: кожными аллергопробами, высоким уровнем IgE сыворотки крови, эозинофилией крови. Уровень IgE сыворотки тесно связан как с астмой, так и c БГР независимо от наличия астмы. Роль атопии
вразвитии БА продемонстрирована в многочисленных работах [129, 151, 295, 387, 220, 246, 259, 322]. Вновь возрастающий интерес к этой проблеме связан с активной разработкой программ первичной профилактики астмы и аллергии во многих странах мира. Многочисленные исследования [142, 156, 204, 316, 334] указывают на возможность эволюции аллергических проявлений у детей в зависимости от возраста («атопический марш»). В эпидемиологическом исследовании, включавшем наблюдение 2657 пациентов, показано, что астма тесно связана с общим уровнем IgE сыворотки и индексом кожных аллергопроб [174]. При проспективном наблюдении [373] 562 11-летних детей из группы 1037 пациентов, которым при рождении определили содержание IgE в сыворотке крови, выявлено, что распространенность диагностируемой астмы была достоверно связана с уровнем сывороточного IgE при рождении. Среди детей без
76
диагноза астмы распространенность и степень БГР повышались вместе с возрастанием содержания IgE: от 1% при уровне IgE менее
32 МЕ/мл до 3%, 12%, 30% при уровнях IgE от 32–99, 100–315 и
выше 315 МЕ/мл соответственно. Таким образом, существует большое количество исследований, демонстрирующих связь атопии и астмы. В то же время опубликованы убедительные доказательства того, что атопия и астма – генетически не сцепленные патологические состояния. В связи с этим уместен вопрос: насколько реально астма сопряжена с атопией? В ответ M. Silwerman [289] приводит результаты эпидемиологических исследований, выполненных в США: у 5% населения выявляются эпизоды свистящего дыхания, менее чем у 2% из них верифицируется сенсибилизация к клещу домашней пыли. Этот же автор обобщает данные, касающиеся данной проблемы: в эпидемиологических исследованиях, проведенных среди африканского населения, у 20% обследованных установлена сенсибилизация к клещу домашней пыли, но только у менее чем 5% из них диагностирована астма. Кроме того, в качестве последнего довода приводится результат исследования, в котором установлено, что астма ассоциирована с уровнем IgE у детей старше 8 лет. Таким образом, атопия не есть астма. Это не умаляет роли атопии как важного фактора риска возникновения астмы. Во всех схемах диагностики астмы у детей наличие атопии является «большим фактором риска» [85, 257, 336, 393].
Показана роль в развитии атопии Th-пула лимфоцитов. Так, в течение первых 6 месяцев жизни дети, как атопики, так и неатопики, экспрессируют Тh0-, Тh1- и Тh2-подобный профили в ответ на ал-
лергены окружающей среды [187, 241, 249, 261, 357, 361, 347]. Со временем IgE-компонент этого ответа избирательно ограничивается в большинстве случаев, что ведет к Тh1-ответу на аллергены, контакт с которыми продолжается и во взрослом периоде. Однако у части детей атопические заболевания могут быть рассмотрены как конечный результат неспособности в ранний период жизни элиминировать патогенные аллергенспецифические Тh2-клетки и обеспечить надлежащее окружение для развития Тh1-клеток памяти. Оптимизация Тh2 иммунного ответа при атопической БА характеризу-
ется повышением CD4+, CD8+ и CD16+ [291, 405].
77
Рис. 4.1. Субпопуляции хелперных Т-клеток. В зависимости от типа секретируемых интерлейкинов выделяют Th1- и Th2-клетки, образующиеся из Th0-клеток
Тимус
Рис. 4.2. Дифференциация Т-клеток. В тимусе образуются наивные Т-клетки (Th0), которые преобразуются в эффекторные клетки под воздействием антигенов и окружающих цитокинов и с участием регуляторных Т-клеток (Т-reg) [Sakaguchi S. // J. Nature. – 2010. – 468, vol. 41. – P. 41–42]
78