Глава 3. Воздушные аллергены и неблагоприятные факторы окружающей среды
Р. Осденмур, М. Льерль
I. Воздушные аллергены представляют собой довольно крупные частицы сложного строения (пыльца, плесневые грибы, водоросли, микроклещи, частицы насекомых и растений, эпидермис животных), которые могут вызывать аллергические реакции при попадании в дыхательные пути. Собственно аллергеном является не вся частица, а лишь некоторые вещества, входящие в ее состав, как правило, — белки и гликопротеиды с молекулярной массой 10 000—40 000. Антигенность воздушных аллергенов определяется их размером, формой и химическим строением.
А. Происхождение и размеры частиц воздушных аллергенов
1. Воздушные аллергены — это частицы биологического происхождения. Одни из них (пыльцу, споры грибов, водоросли) легко обнаружить в пробах воздуха под микроскопом, другие (частицы насекомых, растений, эпидермис животных, фрагменты пыльцы, плесневых грибов, водорослей) можно выявить только с помощью иммунологических методов. Углеводороды, промышленная пыль, неорганические кристаллы и газообразные вещества (хлор, сероводород, пары формальдегида и бензина, древесный и табачный дым, пар, образующийся при приготовлении пищи) сами по себе не антигенны. Однако они меняют чувствительность к аллергенам и влияют на течение аллергических заболеваний.
2. Частицы, различимые под световым микроскопом (диаметр 2—60 мкм), оседают на слизистых глаз, носа и глотки, не попадая в бронхи. По одной из теорий, раздражая рецепторы носоглотки, они рефлекторно вызывают бронхоспазм при экзогенной бронхиальной астме. Согласно другой точке зрения, бронхоспазм вызывают растворимые аллергены, которые отделяются от осевших в носоглотке частиц и попадают в бронхи ингаляционным или гематогенным путем.
Б. Методы забора проб воздуха
1. Гравитационный метод основан на том, что взвешенные в воздухе плотные частицы оседают под действием силы тяжести. Для сбора проб гравитационным методом применяют пробозаборник Дарема. В держатель прибора вставляют предметное стекло, покрытое глицериновым гелем, который готовят следующим образом: 5 г желатина, 40 мл воды, 4 г фенола смешивают с 195 г глицерина и нагревают; во время нагревания в гель вводят 2 мл раствора Кальберия — 5 мл глицерина, 10 мл 95% этилового спирта и 2 капли насыщенного водного раствора фуксина основного. Прибор оставляют на воздухе на 24 ч. Переносимые воздушным потоком частицы под действием силы тяжести оседают на предметное стекло. Состав и количество частиц определяют под микроскопом. Результаты выражают в виде количества частиц, осевших на 1 см2 за 24 ч. Этот метод прост и недорог, но имеет следующие недостатки.
а. На результаты исследования влияют направление и скорость ветра, влажность воздуха и осадки.
б. За 24 ч оседает небольшое количество частиц.
в. На стекло оседают в основном крупные частицы.
2. Объемометрические методы основаны на том, что взвешенные в воздухе частицы задерживаются на препятствии, установленном на пути воздушного потока.
а. Ротационный пробозаборник. Собирающая поверхность, покрытая специальным веществом, вращается в течение определенного времени с заданной скоростью. Результат пробы выражают в виде количества частиц, осевших на 1 см2 за 24 ч. Этот метод позволяет исключить влияние скорости и направления ветра на результаты исследования. В пробозаборнике Ротород (Сэмплинг Текнолоджис Инк.,) собирающей поверхностью служат акриловые стержни, покрытые тонким слоем силиконовой смазки. В других приборах собирающая поверхность вращается не постоянно, а периодически, что позволяет избежать ее переполнения, в перерывах между вращениями она прикрывается заслонками. Американская академия аллергологии и иммунологии в качестве стандартных объемометрических пробозаборников рекомендует использовать именно эти приборы.
б. Аспирационные пробозаборники пропускают воздух через мембранные фильтры с известным диаметром пор, поэтому на собирающей поверхности оседают частицы заданного размера. На этом принципе основана споровая ловушка Бурхарда, собирающая поверхность которой перемещается со скоростью 2 мм/ч, что позволяет следить за изменением концентрации частиц в воздухе в течение всего периода наблюдения. Поскольку прибор имеет флюгер, на результаты проб не влияет направление ветра. Более сложный пробозаборник АккуВол улавливает частицы менее 1 мкм в диаметре.
3. Оценка результатов
а. С помощью гравитационных методов в пробах воздуха можно обнаружить только крупные частицы (более 20 мкм в диаметре), например пыльцу амброзии. Для научных целей используются более точные объемометрические методы. Существуют руководства по определению спор грибов и пыльцы. Таблицы, составленные по результатам количественного микроскопического исследования проб воздуха, позволяют определить сезонные пики концентрации пыльцы и спор грибов в разных штатах в то или иное время года. Между обострением атопического заболевания и средней суточной концентрацией аллергенов в воздухе, определяемой с помощью количественного микроскопического исследования, четкой связи нет. Это объясняется тем, что при низкой средней суточной концентрации аллергенов обострение атопического заболевания может быть спровоцировано кратковременным повышением их концентрации. Кроме того, количественное микроскопическое исследование не всегда позволяет точно судить о концентрации воздушных аллергенов.
б. Для количественного определения аллергенов с помощью иммунологических методов используются меченые антитела. Установлена связь между концентрацией аллергенов, определяемой иммунологическими методами, и обострением атопического заболевания, особенно экзогенной бронхиальной астмы. Однако таких исследований мало, опубликованы лишь данные по антигену E амброзии, аллергенам насекомых и грибов рода Alternaria. Иммунологические методы исследования воздушных аллергенов, не определяемых микроскопически, например частиц эпидермиса животных и насекомых, очень точны. В ряде случаев эти исследования позволяют установить причину аллергии.
В. Аллергены пыльцы. Пыльца состоит из множества пыльцевых зерен, содержащих мужские гаметы и служащих для полового размножения семенных растений. У энтомофильных (опыляемых насекомыми) растений с яркими и ароматными цветками пыльца крупная, клейкая, распространяется, как правило, на незначительные расстояния, концентрация ее в воздухе невелика. У анемофильных (ветроопыляемых) растений цветки маленькие, незаметные, без запаха, а пыльца мелкая, нелипкая, с гладкой и ровной поверхностью. Причиной аллергии обычно является именно пыльца анемофильных растений, потому что ее концентрация в воздухе в период цветения гораздо выше, чем концентрация пыльцы энтомофильных растений. Выброс пыльцы у большинства анемофильных растений происходит ранним утром, однако ее концентрация в воздухе обычно становится максимальной днем или ранним вечером. Это обусловлено тем, что днем усиливается циркуляция воздуха. В сухую погоду даже под действием слабого ветра пыльца может распространяться на большие расстояния, поэтому даже в крупных городах концентрация пыльцы в воздухе может быть очень высокой. Хотя через несколько часов пыльца утрачивает жизнеспособность, ее аллергенные свойства сохраняются в течение длительного времени..
1. Амброзия. Главной причиной аллергического риноконъюнктивита в США служит пыльца амброзии (Ambrosia spp.) — представителя семейства сложноцветных. В северо-восточной части США и бассейне реки Миссисипи амброзия распространена особенно широко, поскольку плодородная, культивируемая почва этих районов идеально подходит для ее роста. Выделяют два пыльцевых антигена амброзии — антиген E (Amb aI) и антиген K (Amb aII). Оба хорошо изучены. Антиген E — это полипептид с молекулярной массой 37 800, антиген K — полипептид с молекулярной массой 38 000. Антиген E составляет всего 6% белковой фракции экстракта пыльцы, однако он в 200 раз активнее антигена K.
2. Злаки. Пыльцу злаков трудно различить по морфологическим признакам, поэтому при обнаружении ее в образцах воздуха прежде всего учитывают, какие злаки распространены в данной местности.
а. В южных районах США и на южном побережье Тихого океана широко распространен свинорой, на северо-востоке и в северной части бассейна реки Миссисипи — мятлик, тимофеевка, ежа сборная и полевица белая .
б. Аллергия к пыльце трав, в том числе злаков, развивается лишь в период их цветения, который зависит от климатических условий, поэтому для каждого района характерны свои сезонные пики заболеваемости. Так, в северных районах пик заболеваемости приходится на весну и лето, в южных районах частота обострений в течение года почти не меняется. На большой высоте над уровнем моря, например в районе Скалистых гор, и в северных штатах США (Висконсин, Мичиган, Мэн) концентрация пыльцы невелика.
в. В США пыльца злаков занимает второе место после пыльцы амброзии по частоте и тяжести вызываемых ею аллергических реакций. В других странах она является наиболее значимым воздушным аллергеном.
г. Пыльца мятлика, тимофеевки, полевицы белой и ежи сборной имеет сходные антигены и вызывает перекрестные аллергические реакции. Пыльца свинороя существенно отличается по антигенному составу от пыльцы других трав и не вызывает перекрестных реакций.
3. Деревья. Аллергию вызывает, как правило, пыльца анемофильных деревьев. Пыльца энтомофильных деревьев, например плодовых и декоративных, вызывает аллергию крайне редко. Не вызывает аллергию и пыльца анемофильных деревьев, покрытая плотной внешней оболочкой.
а. Пыльца разных деревьев имеет четкие морфологические признаки. Кроме того, деревья различаются по продолжительности, интенсивности и сезону цветения.
б. Поскольку пыльца деревьев разных родов имеет очень мало перекрестных антигенов и в пределах одного флористического района обычно преобладают деревья определенного рода, в нем наблюдается аллергия к пыльце деревьев только одного рода.
в. Поскольку период цветения у деревьев обычно непродолжительный, обострения аллергии к их пыльце также кратковременны.
г. Цветение лиственных деревьев начинается до, во время либо вскоре после появления листьев. В районах с умеренным климатом сезон цветения заканчивается поздней весной, когда деревья полностью покрываются листвой. В более теплых районах сезон цветения длится дольше.
Г. Аллергены грибов. Грибы широко распространены и обитают почти во всех климатических районах. Грибы можно обнаружить в почве, пресной и соленой воде. По типу питания грибы делятся на сапрофитов и паразитов.
1. Строение грибов. По морфологическим признакам все грибы делятся на дрожжевые и мицелиальные. Дрожжевые грибы состоят из отдельных клеток, которые размножаются бесполым путем — делением или почкованием. Мицелиальные грибы относятся к многоклеточным организмам и представляют собой сеть ветвящихся нитей — гиф, которые могут образовывать споры. Споры грибов разносятся водой, ветром и животными. Плесень — это расположенные на поверхности питательного субстрата органы размножения разных видов грибов. Плесень состоит из переплетенных гиф и спор и представляет собой аморфную массу, которая может иметь разную окраску, форму и консистенцию. Плесневые грибы — не таксономическое, а традиционное название грибов, образующих плесень.
2. Классификация грибов основана на способе размножения. Грибы размножаются путем фрагментации гиф и спорами, которые образуются бесполым (простое деление клеток) и половым (слияние двух клеток с образованием зиготы) путем. В жизненном цикле большинства грибов чередуются стадии бесполого — несовершенная стадия — и полового — совершенная стадия — размножения. По современной классификации грибы делятся на 4 класса: Ascomycetes, Basidiomycetes, Zygomycetes и Oomycetes. Грибы родов Alternaria, Penicillium и Aspergillus ранее относились к классу Deuteromycetes (несовершенные грибы, размножающиеся только бесполым путем), а по современной классификации входят в подкласс Hyphomycetes класса Ascomycetes. Именно эти грибы чаще всего вызывают аллергию. Поскольку классификация Hyphomycetes основана только на морфологии спор и не отражает других признаков, разные грибы, входящие в этот подкласс, значительно отличаются друг от друга по антигенному составу.
3. Распространенность грибов. Благодаря огромному разнообразию и исключительной способности к выживанию в разных климатических условиях грибы распространены повсеместно. Они сохраняют жизнеспособность даже при низкой температуре. Их мало лишь в засушливых и высокогорных районах, где недостаточно влаги и кислорода. Грибы, обитающие в домах, часто служат причиной круглогодичных аллергических заболеваний. В жилых помещениях грибов особенно много в старой мебельной обивке, комнатных увлажнителях воздуха, на занавесках для душа, сантехнике, в мусорных баках, пищевых отходах, сырых подвалах.
4. Контакт с грибами. Аллергические заболевания, вызванные грибами, протекают с периодическими обострениями, обусловленными повышением концентрации грибов в воздухе, например после посещения леса или фермы, заготовки сена или зерна, сбора опавших листьев, влажным, теплым летом и осенью после листопада. Представители некоторых профессий — хлеборобы, садоводы, рабочие бумажных фабрик — особенно часто контактируют с грибами. Так называемое новогоднее обострение аллергии к грибам обусловлено тем, что их очень много на елях, а резкий запах хвои и пыль с елочных игрушек способствуют обострению заболевания. Способы борьбы с грибами изложены в гл. 4, п. III.Д.
5. Лабораторные исследования. Лучший способ профилактики аллергии к грибам — постоянный контроль за их содержанием в окружающей среде и борьба с ними. Лабораторные исследования необходимы для: 1) определения грибов, послуживших причиной аллергического заболевания, например экзогенного аллергического альвеолита, 2) оценки эффективности борьбы с грибами, 3) определения видов грибов, распространенных в данном районе.
Количественное определение присутствующих в воздухе грибов основано на микроскопическом исследовании проб, полученных с помощью объемометрических методов, и культур, полученных при посеве этих проб. Для культивирования грибов обычно применяют среду Сабуро и агар с картофельным крахмалом или кукурузной мукой. Определение грибов требует времени, специального оборудования и профессиональных навыков. Необходимо учитывать, что определенные условия культивирования, например температура, влажность воздуха, атмосферное давление, благоприятствуют росту грибов, не имеющих клинического значения.
Д. Эпидермальные аллергены. Чаще всего аллергию вызывают эпидермис собак и кошек, а также используемые для набивки мебели, подушек и перин шерсть (чаще всего козья или овечья) и перо (например, утиное). Обработанные шерсть и шкуры реже вызывают аллергию, поскольку наиболее сильные аллергены водорастворимы и удаляются во время обработки. Многие эпидермальные аллергены обнаруживаются также в слюне и моче животных. Эпидермальные аллергены очень активны, и даже непродолжительный контакт с ними способен вызвать сильную аллергическую реакцию. К наиболее активным эпидермальным аллергенам относятся антигены эпидермиса кошек. Частицы эпидермиса кошек очень мелкие (менее 2,5 мкм), медленно оседают и накапливаются в воздухе, поэтому даже кратковременное пребывание в помещении, где живет кошка, может спровоцировать бурную аллергическую реакцию. Поскольку это эпидермальные аллергены, аллергию вызывают как длинношерстные, так короткошерстные и нелиняющие животные. В домах и квартирах распространению эпидермальных аллергенов способствуют центральные системы воздушного отопления. Уборка помещений и мытье животных — временные и малоэффективные противоаллергические мероприятия. Эпидермальные аллергены могут служить причиной профессиональных аллергических заболеваний. У людей, которые живут в многоквартирных и содержащихся в плохом состоянии домах, часто возникают аллергические реакции на эпидермис и мочу грызунов.
Е. Другие воздушные аллергены
1. Домашняя пыль состоит из грибов, растительных волокон, частиц пищи, чешуек и экскрементов насекомых, частиц эпидермиса животных и человека. Концентрация домашней пыли особенно высока в непроветриваемых помещениях.
2. Микроклещи. Давно известно, что скапливающаяся в матрасах пыль — мощный аллерген. В 1967 г. европейские исследователи установили, что аллергенными свойствами обладают живущие в этой пыли микроклещи Dermatophagoides pteronyssinus. В Северной Америке более распространены микроклещи Dermatophagoides farinae. Микроклещи живут на частицах эпидермиса человека и животных и скапливаются в мягкой мебели, подушках и коврах. Численность микроклещей возрастает в сентябре и октябре. Погибшие микроклещи сохраняют антигенные свойства. У вида Dermatophagoides pteronyssinus выделены антигены Der P1 и Der P2, а у вида Dermatophagoides farinae — антигены Der F1 и Der F2. В максимальных концентрациях эти антигены обнаруживаются в экскрементах микроклещей, поэтому для профилактики аллергии следует не только уничтожать насекомых, но и полностью их удалять. Частицы пыли, содержащие микроклещей, довольно крупные и быстро оседают, поэтому аллергические реакции на них возникают не так быстро, как на эпидермис кошек, и обычно бывают менее выраженными. Попаданию в воздух большого количества микроклещей способствует чистка ковров, мягкой мебели, постельных принадлежностей.
3. Семена. Хлопчатник, лен и капок широко используются при производстве волокна. Изделия из этих волокон почти не содержат аллергенов, однако неочищенное сырье, традиционно применяемое в качестве набивки, содержит семена и части цветков, которые являются сильными аллергенами. В связи с этим перед проведением внутрикожных проб с экстрактами семян этих растений следует обязательно проводить пунктационные пробы или определять уровень специфических IgE в сыворотке.
4. Фиалковым корнем в парфюмерии принято называть луковицы растений семейства касатиковых. Поскольку порошок из них обладает аллергенными свойствами, он используется лишь в производстве дешевой косметики и парфюмерии.
5. Аллергенными свойствами обладает порошок из высушенных цветков некоторых видов растений рода Pyrethrum, применяемый в качестве инсектицида.
6. Камеди карайи, акации и трагаканта, входящие в состав жидкостей для завивки волос, также изредка вызывают аллергию.
7. Частицы насекомых. У больных с аллергией часто бывают положительными кожные пробы с аллергенами насекомых. Это свидетельствует о том, что причиной аллергических заболеваний может быть контакт с частицами насекомых. У больных с атопическими заболеваниями, живущих в перенаселенных и плохо убираемых домах или работающих на продуктовых и других складах, аллергию часто вызывают тараканы. Предполагается, что вдыханием частиц насекомых могут быть обусловлены обострения атопических заболеваний дыхательных путей. Описаны вспышки бронхиальной астмы в период вылета ручейников, моли, поденок, бабочек и мошки. Определить насекомое, послужившее причиной массового обострения бронхиальной астмы, до последнего времени не удавалось, поскольку даже под микроскопом не удается определить видовую принадлежность частиц насекомых. Возможно, современные иммунологические методы исследования позволят изучить роль разных насекомых в развитии аллергических заболеваний.
II. Неблагоприятные факторы окружающей среды
А. Климатические условия. К неблагоприятным климатическим условиям относятся высокая влажность воздуха, резкие перепады температуры и атмосферного давления. Несмотря на то что чувствительность к этим факторам индивидуальна, неблагоприятные климатические условия в целом отрицательно влияют на течение аллергических заболеваний, особенно бронхиальной астмы.
Б. Загрязнение воздуха
1. Смог образуется при сгорании жидкого и твердого природного топлива. Степень загрязнения воздуха промышленным смогом оценивают по содержанию окиси углерода, взвешенных частиц и двуокиси серы. При сильном загрязнении воздуха учащаются приступы бронхиальной астмы. Это обусловлено совместным действием всех компонентов промышленного смога.
а. Окись углерода даже в максимальной концентрации (около 120 мг/м3), регистрируемой в городе в часы пик, не ухудшает показатели функции внешнего дыхания как у здоровых, так и у больных бронхиальной астмой.
б. Твердые частицы, например пыль, дым, сажа, при вдыхании могут вызвать кашель и бронхоспазм. В присутствии твердых частиц усиливается неблагоприятное действие на органы дыхания других веществ, загрязняющих воздух.
в. Уровень двуокиси серы в атмосферном воздухе обычно не превышает 1,95 мг/м3. Экспериментально установлено, что вдыхание воздуха с высокой концентрацией двуокиси серы (22—65 мг/м3) вызывает бронхоспазм и снижение активности мерцательного эпителия бронхов.
2. Фотохимический смог состоит из озона (его содержание в фотохимическом смоге обычно превышает 90%), двуокиси азота и других окислителей и образуется под действием ультрафиолетового излучения из углеводородов, содержащихся в выхлопных газах. В низкой концентрации фотохимический смог оказывает раздражающее действие на слизистые глаз и дыхательных путей, в высокой концентрации — приводит к снижению ЖЕЛ, ОФВ1 и нарушению газообмена. Двуокись азота оказывает прямое токсическое действие на легкие, а у курильщиков может привести к необратимым изменениям в легких.
В. Загрязнение воздуха в помещениях. В зданиях с закрытыми вентиляционными системами приток внешнего воздуха отсутствует, что приводит к повышению концентрации в воздухе загрязняющих веществ — дыма от угольных и газовых обогревателей систем центрального воздушного отопления, каминов, бытовых керосиновых и электрообогревателей, а также паров растворителей, например формальдегида, входящего в состав клея для напольных покрытий. Пассивно вдыхаемый табачный дым вызывает гораздо более выраженные, чем предполагалось раньше, нарушения дыхания, особенно у детей младшего возраста. Дополнительную информацию о загрязнении воздуха в помещениях можно найти в литературе, приведенной в конце главы.
Г. Вирусы и бактерии. Доказательств того, что вирусы и бактерии могут вызывать аллергические реакции, нет. Однако хорошо известно, что они способствуют развитию аллергических заболеваний и осложняют их течение. Так, синусит может спровоцировать бронхиальную астму и в то же время стать ее осложнением.
Литература
1. Agarwal M. K. et al. Airborne ragweed allergens: Association with various particle sizes and short ragweed plant parts. J. Allergy Clin. Immunol. 74:687, 1984.
2. Agarwal M. K., Yunginger J. W., Swanson M. C., Reed C. E. An immunochemical method to measure atmospheric allergens. J. Allergy Clin. Immunol. 68:194, 1981.
3. Ausdenmoore R. W., Lierl M. B., Fischer T. J. Inhalant aerobiology and antigens. In: E. B. Weiss, M. Stein (eds.), Bronchial Asthma: Mechanisms and Therapeutics (3rd ed.). Boston: Little, Brown and Company, 1993.
4. Batchelder G. L. Sampling characteristics of the rotorod, rotoslide, and Andersen machines for atmospheric pollen and spores. Ann. Allergy 39:18, 1977.
5. Burge H. A. Airborne allergenic fungi, classification, nomenclature, and distribution. Immunol. Allergy Clin. N. Am. 9(2):307, 1989.
6. Bush R. K. Allergens/antigens. Aerobiology of pollen and fungal allergens. J. Allergy Clin. Immunol. 84:1120, 1989.
7. Ogden E. C. et al. Manual for Sampling Airborne Pollen. New York: Hafner, 1974.
8. Platts-Mills T. A. E., Solomon W. R. Aerobiology of Inhalant Allergens. In: E. Middleton, Jr. et al. (eds.), Allergy: Principles and Practice. St. Louis: Mosby, 1993. Pp. 469—528.
9. Samet J. M., Marbury M. C., Spengler J. D. Health effects and sources of indoor air pollution, Part I, Am. Rev. Resp. Dis. 136:1486, 1987.
10. Smith E. G. Sampling and Identifying Allergenic Pollens and Molds. An Illustrated Manual for Physicians and Lab Technicians. San Antonio, TX: Blewstone Press, 1984.
11. Solomon W. R. The aerobiology of pollinosis. J. Allergy Clin. Immunol. 74:449, 1984.
