Η συμβολή τού προσδιορισμού του εκπνεόμενου μονοξειδίου του αζώτου στον έλεγχο και την παρακολούθηση παιδιών με χρόνιες πνευμονοπάθειες

Abstract

Airway inflammation is centrally important in lung diseases. Conversely, direct assessment of airway inflammation using bronchoscopy cannot be used for monitoring due to its invasive nature. Exhaled Nitric Oxide (eNO) is the most extensively studied exhaled marker. Endogenous NO is derived from L-arginine by the enzyme NO synthase (NOS), of which at least three distinct isoforms exist. The inducible form of the NOS (iNOS) is independent of calcium concentration and may be induced by inflammatory cytokines (IL-1β, TNF-α, INF-γ). NOS activation results in the formation of NO and also a variety of nitrogen oxides with a board range of bioactivities, such as nitrate, nitrite and peroxynitrite. The reaction of NO and superoxide forms peroxynitrite. Depending on the concentrations of the reactant and on the redox environment this reaction may be either cytoprotective or cytotoxic. Nitrate and nitrite are additional oxidation products that have been thought of as inert byproducts. S-nitrosothiols (SNOs) may be formed during NOS activation and store and execute bioactivities, such as bronchodilation, cilliary motility, antimicrobial effects and airway-hydration effects. The most widely used method for measurement of exhaled NO (eNO) is chemiluminescence after reaction with ozone. Standardized measurements of eNO provide a completely non-invasive, simple, easy, immediately available and reproducible means of monitoring airway inflammation. The recommended technique for children over 5 years of age is the single- breath-on-line measurement (SBOL). The aim of this study was to evaluate the role of eNO, as a marker of airway inflammation in children lung diseases. We studied asthma, (the most common chronic lung disease), and cystic fibrosis, (the most common fatal inherited disease in childhood). As there is no other study in Greece, we firstly established normal values of eNO among Greek children. Exhaled NO values among 454 healthy children, aged 6-14 years, were measured according to ATS/ERS Guidelines with a chemiluminescence analyzer. Exhaled NO on healthy children is below 14 ppb and depends on age, height, BMI, weight and atopy. The correlation of eNO with atopy and asthma was evaluated. Methods used in everyday clinical practice are not suitable for the assessment of airway inflammation. Symptoms vary widely between individuals and do not accurately reflect the extent of airway inflammation. Pulmonary function tests represent the standard method for assessing asthma, although it is increasingly recognized that such tests do not reflect airway inflammation. Our data, which are in accordance with the data among adults, showed that there is no correlation between eNO levels and lung function tests. It appears that eNO may respond more rapidly than spirometry to changes in allergen exposure and inflammation, making it a more sensitive marker of disease state. Furthermore, eNO is strongly correlated with atopy (total IgE and positive skin prick tests) and bronchial hyper-responsiveness. Asthmatic children have high eNO levels, which show a rapid, dose – dependent response to steroids. Our data showed that adding of a long-acting β2-agonist to inhaled-steroids resulted in a significant reduction in eNO and could be used as an alternative before increasing the dose of inhaled steroids. Montelukast treatment was associated with a significant reduction of eNO, while inhaled steroids resulted in reduction of eNO within normal values. Our study shows clearly the feasibility of eNO monitoring asthma treatment, in paediatric clinical practice. Furthermore, exhaled NO predicted asthma relapse in asymptomatic patients after withdrawal of steroids. The elevation of eNO predicted loss of asthma control in patients having no symptoms or change in spirometry with a sensitivity of 75% and specificity of 95% if an eNO value of 39.5ppb was chosen for cut-off level. Cystic fibrosis is characterized by chronic airway infection and inflammation. Exhaled NO, elevated in most inflammatory lung diseases, was found decreased in CF, suggesting either decreased production or accelerated metabolism. No association of eNO with genotype, infection status, or disease severity was found. Monitoring of eNO is of no benefic among children with CF, but low levels of eNO contribute to discrimination of children with CF. Our study is highly suggestive of the benefit of eNO inflammometry in asthma management. Exhaled NO inflammometry is an easy test which is helpful to detect atopy and asthma and to monitor asthma treatment (to target steroid treatment, to reduce steroids when possible, and to provide less hyper-responsiveness and less inflammation without leading to overall need for more steroids at the group level). Thus, eNO regular measurement offers better asthma management than the conventional lung function tests, with many indications in clinical practice, such as, diagnosis of asthma, prediction of loss of asthma control and monitoring of asthma treatment. This standardized technique is simple, reproducible, acceptable for patients to perform and is ready for routine monitoring. Advances in technology may result in smaller devices that are cheaper and easier to use.

Η εκτίμηση της φλεγμονής των αεραγωγών έχει μεγάλη σημασία για την παρακολούθηση και θεραπευτική αντιμετώπιση πολλών χρόνιων πνευμονοπαθειών. Η άμεση ανίχνευση της φλεγμονής στην κλινική πράξη είναι δύσκολη και απαιτεί γενικά επεμβατικές μεθόδους, πολυδάπανες και χρονοβόρες. Τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών στράφηκε προς την έρευνα απλούστερων μεθόδων, οι οποίες θα μπορούν να εκτιμήσουν τη φλεγμονή. Μια από αυτές είναι ο προσδιορισμός του εκπνεόμενου μονοξείδιου του αζώτου (eΝΟ), ο οποίος θεωρείται ευαίσθητος δείκτης φλεγμονής των αεραγωγών. Το μονοξείδιο του αζώτου σχηματίζεται από το αμινοξύ L-αργινίνη, μέσω της οξείδωσής του, με τη δράση του ενζύμου συνθετάση του μονοξειδίου του αζώτου (NOS). Η επαγώγιμη μορφή της NOS, δηλαδή η (iNOS), παράγεται στα μακροφάγα, τα εωσινόφιλα, τα επιθηλιακά και γενικά σε όλα τα φλεγμονώδη κύτταρα, ως απάντηση στη φλεγμονή ή τη λοίμωξη, μόνο μετά από την επίδραση φλεγμονωδών κυτταροκινών (IL-1β, TNF-a, ΙΝF-γ), ενδοτοξίνης, ιογενών λοιμώξεων ή από βακτηριακές λιποπολυσακχαρίδες. Η παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων ΝΟ οδηγεί σε βλάβη των ιστών, λόγω της αντίδρασης του ΝΟ με τα ανιόντα υπεροξειδίου, τα οποία είναι άφθονα στις περιοχές που φλεγμαίνουν και έτσι δημιουργείται η υπέρου-νιτρώδης ρίζα, η οποία είναι ισχυρός κυτταροτοξικός οξειδωτής. Ωστόσο, οι νιτροζοθειόλες που παράγονται από το μεταβολισμό του ΝΟ, προκαλούν βρογχοδιαστολή, αύξηση της κινητικότητας των κροσσών, αντιμικροβιακή δράση και εφύγρανση των αεραγωγών. Η μέτρηση του eNO βασίζεται στη μέθοδο της χημειοφωταύγιας, μέσω αντίδρασης του ΝΟ με το όζον. Ο προσδιορισμός του eNO παιδιά γίνεται με διάφορες μεθόδους που η επιλογή τους εξαρτάται από την ηλικία και τη δυνατότητα συνεργασίας του παιδιού. Η μέτρηση του eNO με τη μέθοδο της άμεσης μονήρους εκπνοής αποτελεί τη μέθοδο εκλογής για παιδιά που μπορούν να συνεργαστούν ικανοποιητικά, δηλαδή παιδιά ηλικίας μεγαλύτερης των 4-5 ετών. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η αξιολόγηση του eNO σαν δείκτη φλεγμονής στις χρόνιες πνευμονοπάθειες των παιδιών. Αντιπροσωπευτικότερες από αυτές θεωρήθηκαν ότι είναι το βρογχικό άσθμα, που αποτελεί τη συχνότερη χρόνια παιδιατρική νόσο και η κυστική ίνωση που αποτελεί τη συχνότερη θανατηφόρα κληρονομική παιδιατρική πάθηση, όπου η πνευμονική φλεγμονή παίζει πρωταρχικό ρόλο για την εξέλιξή της. Επειδή δεν υπάρχει άλλη παρόμοια μελέτη στον Ελληνικό χώρο, θεωρήθηκε αρχικά αναγκαίος ο καθορισμός των φυσιολογικών τιμών του eNO στα Ελληνόπουλα. Το δείγμα απαρτίζονταν από 454 “φυσιολογικά” παιδιά, ηλικίας 6- 14 ετών, στα οποία προσδιορίστηκε το eNO με τη μέθοδο της χημειοφωταύγιας, σύμφωνα με τις διεθνείς οδηγίες. Οι μετρήσεις μας έδειξαν ότι η ανώτερη φυσιολογική τιμή για το eNO Ελληνοπαίδων είναι τα 14 ppb. Επίσης, βρέθηκε ότι οι τιμές του eNO εξαρτώνται από την ηλικία, το ύψος, το βάρος, το δείκτη μάζας σώματος και την ατοπική προδιάθεση του παιδιού. Μετρήθηκε κατόπιν η σχέση του eNO με την ατοπία και το άσθμα. Η παρακολούθηση άσθματος εκτιμάται συνήθως με μέτρηση της αναπνευστικής λειτουργίας και την εκτίμηση των ασθματικών συμπτωμάτων. Είναι γνωστό ότι οι μεταβολές στην αναπνευστική λειτουργία δε σχετίζονται άμεσα με το βαθμό φλεγμονής των αεραγωγών στα αρχικά στάδια ή στις ήπιες μορφές της νόσου. Αντίθετα το eNO έχει τη δυνατότητα ανίχνευσης στης φλεγμονής σε πρώιμα στάδια. Από τα δεδομένα μας, που συμφωνούν με παρόμοιες διεθνείς μελέτες που έγιναν κυρίως σε ενήλικες, προκύπτει ότι το eNO δε σχετίζεται με την αναπνευστική λειτουργία (FVC, FEV₁, FEF), ούτε στα ασθματικά, ούτε στα υγιή παιδιά. Ωστόσο, σχετίζεται σε σημαντικό βαθμό με την ατοπία (ολική IgE ορού και αριθμό των θετικών δερματικών δοκιμασιών), καθώς και με τη βρογχική υπεραντιδραστικότητα. Επίσης, από τα αποτελέσματά μας προκύπτει ότι τα ασθματικά παιδιά παρουσιάζουν υψηλές τιμές eNO, οι οποίες ελαττώνονται ταχέως με τη χορήγηση αντιφλεγμονώδους αγωγής. Επιπλέον, στις περιπτώσεις υποτροπών της νόσου, το eNO αυξάνεται τουλάχιστον 8 εβδομάδες πριν την εκδήλωση των ασθματικών συμπτωμάτων, ή την επιδείνωση της αναπνευστικής λειτουργίας. Συγκεκριμένα, στο δείγμα των ασθματικών παιδιών της μελέτης μας, τιμές eNO μεγαλύτερες από 39.5ppb προέβλεπαν με ευαισθησία 75% και ειδικότητα 95% μελλοντική ασθματική υποτροπή (στους επόμενους δύο μήνες), χωρίς να υπάρχει επιδείνωση της αναπνευστικής λειτουργίας κατά την περίοδο των μετρήσεων. Τα διάφορα φάρμακα που χρησιμοποιούνται για τη μακροχρόνια αντιασθματική αγωγή ελαττώνουν τη φλεγμονή των αεραγωγών. Μελετήθηκε για το λόγο αυτό η επίδραση των εισπνεόμενων στεροειδών, των β2-διεγερτών μακράς δράσης και της μοντελουκάστης στις τιμές του eNO ασθματικών παιδιών. Από τα ευρήματά μας προέκυψε ότι οι τιμές του eNO ελαττώνονται σημαντικά τόσο με τη χορήγηση μοντελουκάστης, όσο και με την προσθήκη β2-διεγερτών μακράς δράσης. Ωστόσο, μόνο τα εισπνεόμενα στεροειδή αποκαθιστούν τις τιμές του eNO στα φυσιολογικά επίπεδα σε παιδιά με μέτριο επίμονο άσθμα, ενώ η μοντελουκάστη ελαττώνει τις τιμές του eNO σε μικρότερο βαθμό. Αυτό μπορεί να οφείλεται στη δράση των εισπνεόμενων στεροειδών που αναστέλλουν άμεσα την παραγωγή της iNOS στα επιθηλιακά κύτταρα ελαττώνοντας έτσι και την παραγωγή του eNO. Αντίθετα, η μειωμένη συσχέτιση της δράσης της μοντελουκάστης με τις τιμές του eNO μπορεί να οφείλεται στη διαφορετική παθοφυσιολογία της αύξησης του eNO, σε σχέση με την αύξηση των λευκοτριενίων στο άσθμα. Επίσης, η προσθήκη β2-διεγέρτη μακράς δράσης σε ασθματικά παιδιά, που το άσθμα τους δε ρυθμίζεται ικανοποιητικά με χαμηλές δόσεις εισπνεόμενων στεροειδών ελαττώνει ακόμη περισσότερο τα επίπεδα του eNO, προφανώς λόγω της συνεργίας που ασκεί ο συνδυασμός. Έτσι, το eNO μπορεί να αποτελέσει ένα πολύ ευαίσθητο δείκτη για τη ρύθμιση της αντι-ασθματικής αγωγής και την αυξομείωση της δόσης ιδιαίτερα των εισπνεόμενων στεροειδών σε παιδιά με επίμονο άσθμα. Τέλος, μελετήθηκε η πιθανή συμβολή του eNO στον έλεγχο και τηνπαρακολούθηση της εξέλιξης της πνευμονοπάθειας παιδιών με κυστική ίνωση. Αν και υπάρχει έντονη φλεγμονή των αεραγωγών στα παιδιά με κυστική ίνωση, τα επίπεδα του εκπνεόμενου ΝΟ βρέθηκαν ελαττωμένα. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε μείωση της παραγωγής του eNO, λόγω αποτυχίας έκφρασης της iNOS στα παιδιά με ΚΙ, σε μειωμένη διάχυση του παραγομένου eΝΟ από τα επιθηλιακά κύτταρα λόγω της παχύρρευστης βλέννης, ή τέλος σε οξείδωση του ΝΟ σε νιτρικά από τη δράση προκαρυωτικών οργανισμών και υπεροξειδίων στο οξειδωτικό περιβάλλον των αεραγωγών της ΚΙ. Επίσης, από τις μετρήσεις μας, το eNO δε βρέθηκε να σχετίζεται με τη βαρύτητα της νόσου, όπως αυτή εκφράζεται με την αναπνευστική λειτουργία, το γονότυπο και τον αποικισμό από ψευδομονάδα. Έτσι, το eNO δεν αποτελεί ευαίσθητο δείκτη για την παρακολούθηση της φλεγμονής των αεραγωγών, ή για την εκτίμηση την αντιφλεγμονώδους θεραπείας σε παιδιά με χρόνιες πνευμονοπάθειες πλην του άσθματος, ούτε έχει προγνωστική αξία για την εξέλιξη της νόσου. Ίσως τα δεδομένα μας να ήταν διαφορετικά αν είχαμε μακροχρόνια νόσο και περιστατικά με πολύ σοβαρό άσθμα με μόνιμες βλάβες και αναδόμηση των αεραγωγών (remodeling) πράγμα που δεν παρατηρείται συνήθως στην παιδική ηλικία. Παρόλα αυτά χαμηλές τιμές του eNO σε παιδιά με χρόνια πνευμονοπάθεια, θα μπορούν να είναι ενδεικτικά χρόνιας σοβαρής φλεγμονής, μη ασθματικής αιτιολογίας (κυστική ίνωση, δυσκινησία κροσσών επιθηλίου κτλ.). Συμπερασματικά, ο προσδιορισμός του eNO, αποτελεί μια εναλλακτική μέθοδο ελέγχου και παρακολούθησης της φλεγμονής των αεραγωγών σε παιδιά με βρογχικό άσθμα. Είναι πολύ χρήσιμος για επιβεβαίωση της αποτελεσματικότητας της χορηγούμενης προφυλακτικής αγωγής, την τροποποίηση της δόσης των χορηγούμενων φαρμάκων και για την πρόβλεψη πιθανής μελλοντικής έξαρσης των συμπτωμάτων. Έτσι μπορεί να δικαιολογηθεί και ο διεθνής χαρακτηρισμός του ως “asthma inflammometer”, δηλαδή ως συσκευή μέτρησης της ασθματικής φλεγμονής. Δε βοηθά όμως, στην εκτίμηση της φλεγμονής άλλων χρόνιων πνευμονοπαθειών της παιδικής ηλικίας, αλλά μπορεί να βοηθήσει στη διαφορική διάγνωση από το άσθμα. Πλεονεκτήματα της μεθόδου θεωρούνται, η πρακτικότητα (μη-επεμβατική μέθοδος, άμεση λήψη αποτελέσματος) και η μεγάλη ευαισθησία των μετρήσεων. Μειονεκτήματα επί του παρόντος είναι το κόστος και η εξάρτηση της μεθόδου από τις περιβαλλοντικές συνθήκες (θερμοκρασία, υγρασία, ρύποι). Τεχνικές βελτιώσεις της μεθόδου προφανώς να αυξήσουν τη χρησιμότητά της στο μέλλον. Απαιτούνται όμως περισσότερες μελέτες για να αποδείξουν την υπεροχή της σε σχέση με τις χρησιμοποιούμενες μέχρι σήμερα μεθόδους στην καθημερινή κλινική πράξη.