Original paper
Analysis of concentration of adhesion molecules ICAM-1 and VCAM-1 in infants and young children with wheezy bronchitis

Wprowadzenie

Jedną z najczęstszych przyczyn porad ambulatoryjnych i hospitalizacji niemowląt i małych dzieci są zapalenia dróg oddechowych. Odmienności anatomiczne, czynnościowe i immunologiczne dróg oddechowych w tej grupie wiekowej powodują częste występowanie stanów upośledzenia drożności dróg oddechowych. Szczególnie częstym rozpoznaniem u niemowląt i małych dzieci jest obturacyjne zapalenie oskrzeli. Jest to zespół objawów charakteryzujący się występowaniem świszczącego oddechu, duszności o charakterze wydechowym, kaszlu oraz zmian osłuchowych – świstów, wydłużonego wydechu, czasem furczeń czy rzężeń różnobańkowych. W krajach anglojęzycznych używa się określeń wheezy child, wheezy bronchitis, a także recurrent wheezing w przypadku nawrotów obturacji drzewa oskrzelowego [1, 2]. Najczęstszą przyczyną obturacyjnych zapaleń oskrzeli są zakażenia wirusowe: głównie wirusy RS, następnie paragrypy czy adenowirusy u niemowląt i małych dzieci oraz rynowirusy u starszych. Jeśli stan zapalny dotyczy oskrzelików końcowych, choroba ma szczególnie ciężki przebieg, z narastającą dusznością, przyspieszeniem oddechu i tętna, a czasem niewydolnością oddechowo-krążeniową. U części dzieci obturacyjne zapalenie oskrzeli ma charakter nawracający. W diagnostyce różnicowej bierze się wówczas pod uwagę szereg chorób przewlekłych, takich jak: mukowiscydoza, choroba refluksowa przełyku, wady układu oddechowego i krążenia, zaburzenia immunologiczne, a w szczególności astmę oskrzelową [3].
W przebiegu zapalenia dochodzi do aktywacji szeregu komórek zapalnych i ich napływu do miejsca zapalenia. Proces ten przebiega etapami i jest zależny od cząsteczek adhezyjnych. Początkowo dochodzi do zbliżenia się leukocytów do ściany naczyń, czyli marginacji, następnie rollingu czyli toczenia się komórek po śródbłonku naczyń, kolejno do aktywacji leukocytów, adhezji, diapedezy i na końcu do chemotaksji [4–7]. Do rodziny cząsteczek adhezyjnych należą m.in. selektyny, integryny, nadrodzina cząsteczek immunoglobulin, kadheryny.
Istnieje szereg doniesień o zwiększeniu ekspresji cząsteczek adhezyjnych oraz ich form rozpuszczalnych w surowicy. Dość dobrze poznaną grupą jest nadrodzina immunoglobulin, do której należą ICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1 – CD56) oraz VCAM-1 (vascular adhesion molecule-1 – CD106). Cząsteczki te odgrywają rolę m.in. w patogenezie chorób alergicznych [4, 8–11]. Ich zwiększone stężenia obserwowano także w otyłości, nadciśnieniu tętniczym, cukrzycy oraz chorobach nowotworowych [12–14].

Cel

Celem pracy była ocena stężeń rozpuszczalnych frakcji cząsteczek adhezyjnych ICAM-1 i VCAM-1 w surowicy niemowląt i małych dzieci z obturacyjnym zapaleniem oskrzeli.

Materiał i metody

Badaniami objęto niemowlęta i małe dzieci w wieku 1–36 miesięcy. W badaniu wzięło udział 54 pacjentów z obturacyjnym zapaleniem oskrzeli (grupa I). W tej grupie 32 pacjentów chorowało po raz pierwszy (grupa IA), u 22 zapalenie oskrzeli wystąpiło co najmniej po raz trzeci (grupa IB). Rozpoznanie ustalano na podstawie badania podmiotowego (obecność kaszlu i świszczącego oddechu) oraz badania przedmiotowego (obecność duszności o charakterze wydechowym oraz zmian osłuchowych wskazujących na obturację oskrzeli w postaci świstów, furczeń i wydłużonego wydechu).
Do grupy IB zakwalifikowano pacjentów z nawracającymi obturacyjnymi zapaleniami oskrzeli – co najmniej trzy nawroty w ciągu pół roku. Wśród 22 pacjentów zakwalifikowanych do grupy IB 7 osób otrzymywało na stałe glikokortykosteroidy wziewnie (budezonid lub flutikazon). U wszystkich pacjentów z nawracającymi zapaleniami oskrzeli przeprowadzano diagnostykę różnicową m.in. wykonywano RTG klatki piersiowej, EKG, próbę pilokarpinową, oznaczenie poziomu immunoglobulin IgM, IgG, IgA, IgE, oraz w przypadku objawów sugerujących chorobę refluksową przełyku – pH-metrię, celem wykluczenia innych chorób przewlekłych mogących przebiegać z nawracającymi zapaleniami oskrzeli. W przypadku potwierdzenia takiej choroby pacjenta nie włączano do badania.
Do grupy porównawczej włączono 26 pacjentów, którzy dotychczas nie chorowali na obturacyjne zapalenie oskrzeli, a byli hospitalizowanych z innych przyczyn (grupa II).
U wszystkich pacjentów zarówno z grupy badanej, jak i porównawczej oznaczano stężenie rozpuszczalnej frakcji cząsteczek ICAM-1 i VCAM-1 w surowicy zestawami testów ELISA firmy Bender MedSystem.
Uzyskane wyniki poddano analizie statystycznej z zastosowaniem testów parametrycznych: testu t-Studenta i jednoczynnikowej analizy wariancji. Normalność rozkładów weryfikowano testem Kołmogorowa-Smirnowa. Ze względu na brak rozkładu normalnego stężenie ICAM-1 oraz VCAM-1 przekształcono z wykorzystaniem logarytmu dziesiętnego. Za istotny statystycznie przyjęto poziom p < 0,05.
Na badania uzyskano zgodę Komisji Bioetycznej przy Collegium Medicum im. L. Rydygiera w Bydgoszczy.

Wyniki

Mediana stężenia ICAM-1 w grupie pacjentów z obturacyjnymi zapaleniami oskrzeli wyniosła 418,65 ng/ml i była wyższa niż w grupie porównawczej, w której wynosiła 430,70 ng/ml. Po przekształceniu logarytmicznym średnie wartości stężeń ICAM-1 w obu grupach wynosiły odpowiednio 2,6336 ng/ml i 2,6362 ng/ml, a różnice były nieistotne statystycznie. Wyniki przedstawiono w tabelach 1. i 2.
Mediana stężenia ICAM-1 w grupie pacjentów z pierwszym zapaleniem oskrzeli wynosiła 386,10 ng/ml, a w grupie z nawracającym zapaleniem oskrzeli 443,50 ng/ml. Po przekształceniu logarytmicznym średnie wartości stężeń ICAM-1 wynosiły odpowiednio 2,6112 ng/ml i 2,6661 ng/ml i nie różniły się istotnie statystycznie. Wyniki przedstawiono w tabelach 3. i 4.
Mediana stężenia VCAM-1 w grupie pacjentów z obturacyjnymi zapaleniami oskrzeli wyniosła 1472,5 ng/ml, natomiast w grupie kontrolnej 1552,5 ng/ml. Po przekształceniu logarytmicznym średnie wartości stężeń wynosiły odpowiednio 3,1819 ng/ml i 3,1635 ng/ml i były nieistotne statystycznie. Wyniki przedstawiono w tabelach 5. i 6.
Mediana stężenia VCAM-1 w grupie pacjentów z pierwszym zapaleniem oskrzeli wynosiła 1632,5 ng/ml, a w grupie z nawracającymi zapaleniami oskrzeli 1334,0 ng/ml. Po przekształceniu logarytmicznym średnie wartości stężeń wynosiły odpowiednio 3,2271 ng/ml i 3,1162 ng/ml i nie różniły się istotnie statystycznie. Wyniki przedstawiono w tabelach 7. i 8.

Omówienie wyników

Cząsteczki adhezyjne występują na powierzchniach różnych komórek, jednak po ich aktywacji zwiększa się stężenie ich form rozpuszczalnych w krwi i płynach ustrojowych. W postaci rozpuszczalnej cząsteczki adhezyjne mogą wywierać wpływ na niektóre komórki, aktywować je, zmieniać ich zdolność do przylegania [7].
Cząsteczka ICAM-1 występuje na limfocytach T i B, komórkach śródbłonka, komórkach dendrytycznych, leukocytach, komórkach nabłonkowych. Do zwiększenia jej ekspresji prowadzi szereg mediatorów stanu zapalnego, jakich jak IL-1, TNF, LPS (lipopolisacharyd, endotoksyna bakteryjna). Jest wiele doniesień o szczególnej roli tej cząsteczki w procesach alergicznych. Zwiększone jej stężenia obserwuje się w miejscu zapalenia alergicznego: w błonie śluzowej nosa, spojówkach, szczególnie po ekspozycji na alergen. Cząsteczka VCAM-1 występuje na komórkach śródbłonka, makrofagach, komórkach dendrytycznych czy komórkach nowotworowych. Do zwiększenia ekspresji tych cząsteczek dochodzi pod wpływem IL-1, IL-4, TNF- [5, 7].
Niewiele badań obejmuje ocenę stężenia cząsteczek ICAM-1 i VCAM-1 w przebiegu obturacyjnego zapalenia oskrzeli czy oskrzelików, które jest szczególną postacią zapalenia oskrzeli o ciężkim przebiegu i zazwyczaj wymaga hospitalizacji. Najczęstszym czynnikiem etiologicznym obturacyjnego zapalenia oskrzeli czy zapalenia oskrzelików u niemowląt i małych dzieci jest zakażenie wirusem RS, natomiast u starszych rynowirusem.
Badania Oymar i Bjerknes przeprowadzone wśród dzieci w wieku 12–84 miesięcy wykazały zwiększone stężenia rozpuszczalnej formy VCAM-1 w przebiegu ostrego zapalenia oskrzelików w porównaniu z dziećmi zdrowymi, niezależnie czy zapalenie było wywołane wirusem RS czy nie [10]. Zwiększone stężenia rozpuszczalnej formy ICAM-1 u pacjentów z zapalenia oskrzelików w porównaniu ze zdrowymi obserwowali Lai i wsp. [15]. Stężenie ICAM-1 było porównywalne w grupach pacjentów z zapaleniem oskrzelików z zakażeniem RSV i bez zakażenia RSV, a stężenie ICAM-1 nie korelowało z nasileniem objawów klinicznych.
Badania Sung i wsp. oceniały stężenia ICAM-1 w przebiegu zakażenia RSV oraz wirusem grypy typu A u niemowląt i małych dzieci – do 18. miesiąca życia [16]. Wszyscy pacjenci z zakażeniem RSV mieli obturację drzewa oskrzelowego, natomiast u pacjentów z zakażeniem wirusem grypy typu A obturacja występowała rzadko (u 1 na 10 zakażonych). W grupie pacjentów z zakażeniem RSV obserwowano zwiększone stężenia ICAM-1 w porównaniu z zakażonymi wirusem grypy typu A.
Zwiększone stężenia ICAM-1 i VCAM-1 u dorosłych pacjentów z rozlanym zapaleniem oskrzelików w porównaniu ze stężeniami u zdrowych ochotników zaobserwowali Mukae i wsp. [17]. Jednocześnie stwierdzili oni zwiększone stężenia tych cząsteczek u pacjentów z rozstrzeniami oskrzeli. Świadczy to o aktywacji cząsteczek w przebiegu reakcji zapalnych.
W badaniach własnych nie potwierdzono zwiększenia stężeń tych cząsteczek adhezyjnych w przebiegu obturacyjnego zapalenia oskrzeli – stężenia ICAM-1 i VCAM-1 nie różniły się istotnie statystycznie w stosunku do grupy porównawczej. Być może brak zwiększenia stężeń tych cząsteczek adhezyjnych wynika z mniejszego nasilenia procesu zapalnego w obturacyjnym zapaleniu oskrzeli w porównaniu z zapaleniem oskrzelików. To ostatnie charakteryzuje się większym nasileniem objawów klinicznych, czego wyrazem jest częste występowanie niewydolności oddechowo-krążeniowej, której autorzy nie obserwowali u badanych pacjentów.
Zwiększone stężenia rozpuszczalnych form cząsteczek adhezyjnych obserwuje się w przebiegu schorzeń alergicznych, w tym w astmie oskrzelowej, a nawracające obturacyjne zapalenia oskrzeli są często pierwszym objawem astmy oskrzelowej u małych dzieci.
Kobayashi i wsp. zaobserwowali zwiększone stężenia ICAM-1 u pacjentów podczas napadu astmy oskrzelowej [8]. Również w badaniach Tang i wsp. stwierdzono istotnie statystycznie wyższe stężenia ICAM-1 u dzieci z zaostrzeniem astmy w porównaniu z pacjentami z astmą stabilną i z grupą kontrolną [9]. Stężenia VCAM-1 również były wyższe u pacjentów z zaostrzeniem w porównaniu z astmą stabilną, ale różnice nie były istotne statystycznie, natomiast w porównaniu z grupą dzieci zdrowych stężenie VCAM-1 w przebiegu zaostrzenia astmy i u pacjentów z astmą stabilną było istotnie statystycznie wyższe. Przytoczone wcześniej badania Oymar i Bjerknes obejmowały pacjentów z ostrym zapaleniem oskrzelików, ale także z zaostrzeniem astmy, astmą stabilną oraz grupę dzieci zdrowych [10]. Stwierdzono wyższe stężenia formy rozpuszczalnej ICAM-1 w przebiegu zaostrzenia astmy w porównaniu z pacjentami ze stabilną astmą oraz z grupą kontrolną. Dzieci ze stabilną astmą miały wyższe stężenia ICAM-1 w porównaniu z grupą kontrolną, a stężenie nie różniły się niezależnie od tego, czy była to astma atopowa czy nie.
Zwiększone stężenia ICAM-1 w przebiegu astmy zarówno atopowej, jak i nieatopowej potwierdzają w swoich badaniach Shiota wsp. [18]. Hamzaoui i wsp. oceniali natomiast stężenia cząsteczek adhezyjnych u pacjentów z astmą o różnym stopniu ciężkości i stwierdzili wyższe stężenia VCAM-1 w przebiegu ciężkiej astmy [19].
W badaniach Ando i wsp. stwierdzono wyższe stężenia ICAM-1 i VCAM-1 u dzieci z astmą oskrzelową w porównaniu z dziećmi bez astmy [20]. Jednocześnie oceniano stężenia tych cząsteczek w zależności od zanieczyszczenia powietrza i stwierdzono zwiększenie stężenia ICAM-1 i VCAM-1 wraz ze zwiększeniem zanieczyszczenia powietrza.
W badaniach DoEgu i wsp. stwierdzono zwiększone stężenie E-selektyny u pacjentów z zaostrzeniem astmy w porównaniu z grupą pacjentów z astmą stabilną atopową i nieatopową oraz grupą dzieci zdrowych, natomiast stężenia ICAM-1 i VCAM-1 we wszystkich grupach nie różniły się istotnie statystycznie, choć były wyższe u pacjentów z zaostrzeniem choroby [21]. Podobnie w badaniach Jansona i wsp. nie stwierdzono wyższych w porównaniu z grupą kontrolną stężeń ICAM-1 i VCAM-1 zarówno u pacjentów z astmą atopową, jak i nieatopową [22]. Stwierdzono niższe stężenia VCAM-1 u pacjentów przyjmujących wyższe dawki glikokortykosteroidów w porównaniu z pacjentami otrzymującymi dawki małe i średnie (> 400 µg, 200–400 µg, < 200 µg budezonidu lub beklometazonu), co świadczy o hamowaniu procesu zapalnego i napływu komórek do miejsca zapalenia, a tym samym hamowaniu aktywacji cząsteczek adhezyjnych w przebiegu leczenia.
W badaniach własnych stężenia ICAM-1 u pacjentów z nawracającymi zapaleniami oskrzeli były wyższe w porównaniu z pacjentami z pierwszym zapaleniem oskrzeli, jednak różnice były nieistotne statystycznie. U niemowląt i małych dzieci z nawracającymi zapaleniami oskrzeli bierze się pod uwagę występowanie przewlekłych chorób sprzyjających nawrotom obturacji drzewa oskrzelowego, w szczególności zaś astmy oskrzelowej. U części pacjentów z nawracającymi zapaleniami oskrzeli po wykluczeniu chorób przewlekłych, m.in. takich jak mukowiscydoza, wady układu oddechowego i krążenia, zespół nieruchomych rzęsek, rozpoznaje się astmę oskrzelową. Dlatego w grupie pacjentów z nawracającymi zapaleniami oskrzeli wyższe stężenia ICAM-1 mogą świadczyć o aktywacji tej cząsteczki w przebiegu reakcji alergicznych.
Stężenia VCAM-1 były wyższe u pacjentów z pierwszym zapaleniem oskrzeli, co przemawia za związkiem aktywacji tej cząsteczki z zapaleniem w przebiegu zakażenia.

Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badań i oceny stężeń cząsteczek ICAM-1 i VCAM-1 u niemowląt i małych dzieci z obturacyjnym zapaleniem oskrzeli wydaje się, że ich oznaczanie ma małą wartość kliniczną.
Badania finansowane były w ramach BW 58/2006.

Piśmiennictwo

 1. Foucard T. The wheezy child. Acta Paediatr Scand 1985; 74: 172-8.  
2. Martinati LC, Boner AL. Clinical diagnosis of wheezing in early childhood. Allergy 1995; 50: 701-10.  
3. Jędrys-Kłucjasz U. Diagnostyka różnicowa obturacji oskrzeli u małych dzieci. Act Pneumonol Allergol Pediatr 2002; 5: 33-6.  
4. Białek K, Białek S, Pachecka J. Cząsteczki adhezyjne w chorobach alergicznych górnych dróg oddechowych. Alergia 2000; 2: 39-41.  
5. Majewska E. Udział cząsteczek adhezyjnych w procesie zapalnym. Diagn Lab 2003; 39: 407-20.  
6. Mantur M, Wojszel J. Cząsteczki adhezyjne oraz ich udział w procesie zapalnym i nowotworowym. Pol Merk Lek 2008; 24: 177-80.  
7. Siemiątkowski A, Kosel J. Cząsteczki adhezyjne i ich rola w odpowiedzi ustroju na uraz. Pol Merk Lek 2001; 10: 465-8.  
8. Kobayashi T, Hashimoto S, Imai K, et al. Elevation of serum soluble intercellular adhesion molecule-1 (sICAM-1) and sE-selectin levels in bronchial asthma. Clin Exp Immunol 1994; 96: 110-5.  
9. Tang RB, Chen SJ, Soong WJ, Chung RL. Circulating adhesion molecules in sera of asthmatic children. Pediatr Pulmonol 2002; 33: 249-54.
10. Oymar K, Bjerkknes R. Differential patterns of circulating adhesion molecules in children with bronchial asthma and acute bronchiolitis. Pediatr Allergy Immunol 1998; 9: 73-9.
11. Górska-Ciebiada M, Ciebiada M, Górska MM, et al. Intercellular adhesion molecule 1 and tumor necrosis factor alpha in asthma and persistent allergic rhinitis: relationship with disease severity. Ann Allergy Asthma Immunol 2006; 97: 66-72.
12. Głowińska B, Urban M, Peczyńska J, Florys B. Soluble adhesion molecules (sICAM-1, sVCAM-1) and selectins (sE-selectin, sP-selectin, sL-selectin) levels in children and adolescents with obesity, hypertension and diabetes. Metabolism 2005; 54: 1020-6.
13. Pasieka Z, Stepień H, Komorowski J, et al. Evaluation of the levels of bFGF, VEGF, sICAM-1, and sVCAM-1 in serum of patients with thyroid cancer. Recent Results Cancer Res 2003; 162: 189-94.
14. Perabo F, Sharma S, Gierer R, et al. Circulating intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) and E-selectin in urological malignancies. Indian J Cancer 2001; 38: 1-7.
15. Lai C, Tai HY, Shen HD, et al. Elevated levels of solutable adhesion molecules in sera of patients with acute bronchiolitis. J Microbiol Immunol Infect 2004; 37: 153-6.
16. Sung RYT, Lam Hui SH, Wong CK, et al. A comparison of cytokine responses in respiratory syncitial virus and influenza A infections in infants. Eur J Pediatr 2001; 160: 117-22.
17. Mukae H, Kadota J, Ashitani J, et al. Elevated levels of soluble adhesion molecules in serum of patients with diffuse panbronchiolitis. Chest 1997; 112: 1615-21.
18. Shiota Y, Wilson JG, Marukawa M, et al. Solutable intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) antigen in sera of bronchial astmathics. Chest 1996; 109: 94-9.
19. Hamzaoui A, Ammar J, E, Mekki F, et al. Elevation of serum soluble E-selectin and VCAM-1 in severe asthma. Mediators Inflamm 2001; 10: 339-42.
20. Ando M, Shima M, Adachi M, Tsunetosho Y. The role of intercellular adhesion molecule-1 (ICAM01) vascular adhesion molecule-1 (VCAM-1) and regulated on activation, normal t-cell expressed and secreted (RANTES) in the relationship between air pollution and asthma among children. Arch Environ Health 2001; 56: 227-33.
21. DoEgu F, Ikincio Egullari A, et al. Circulating adhesion molecule levels in childchood asthma. Indian Pediatr 2002; 39: 1017-21.
22. Janson C, Ludviksdottir D, Gunnbjornssottir M, et al. Circulating adhesion molecules in allergic and non-allergic asthma. Respir Med 2005; 99: 45-51.