pulmoПульмонологияPULMONOLOGIYA0869-01892541-9617Scientific and Practical Journal “PULMONOLOGIYA” LLC10.18093/0869-0189-2019-29-2-167-174pulmo-1142Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL STUDIESОсобенности метаболического обеспечения респираторного взрыва нейтрофилов крови и мокроты у больных внебольничной пневмониейMetabolic support of the respiratory burst in blood and sputum neutrophils of patients with community-acquired pneumoniaСавченкоА. А.SavchenkoAndrey A.

Савченко Андрей Анатольевич – д. м. н., профессор, руководитель лаборатории молекулярно-клеточной физиологии и патологии Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"» обособленного подразделения «Научно-исследовательский институт медицинских проблем Севера», заведующий кафедрой физиологии имени профессора А.Т.Пшоника Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф.Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения Российской Федерации; тел.: (391) 212-52-63

660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, 3Г;660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, 1;

Andrey A. Savchenko, Doctor of Medicine, Professor, Head of Laboratory of Cell Molecular Physiology and Pathology, Krasnoyarsk Federal Research Center of Siberian Department of Russian Academy of Medical Science, Federal Research Institute of Medical Problems of the North, Separate Unit; tel.: (391) 212-52-63

ul. Partizana Zheleznyaka 3G, Krasnoyarsk, 660022ul. Partizana Zheleznyaka 1, Krasnoyarsk, 660022

aasavchenko@yandex.ruГринштейнЮ. И.GrinshteynYuriy I.

Гринштейн Юрий Исаевич – д. м. н., профессор, заведующий кафедрой терапии Института профессионального образования Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф.Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения Российской Федерации; тел.: (391) 242-46-64 

660022, Красноярск, ул. Партизана Железняка, 1;

Yuriy I. Grinshteyn, Doctor of Medicine, Professor, Head of Department of Therapy, Institute of Postgraduate Medical Training, V.F.Voyno-Yasenetskiy Krasnoyarsk State Medical University, Healthcare Ministry of Russia; tel.: (391) 242-46-64

ul. Partizana Zheleznyaka 1, Krasnoyarsk, 660022

grinstein.yi@mail.ruДробышеваА. С.DrobyshevaAnastasiya S.

Дробышева Анастасия Сергеевна – врач-пульмонолог Краевого государственного бюджетного учреждения здравоохранения «Красноярская межрайонная клиническая больница № 20 имени И.С.Берзона»; тел.: (391) 264-29-80;

660123, Красноярск, ул. Инструментальная, 12

Anastasiya S. Drobysheva, pulmonologist, .S.Berson Krasnoyarsk Territorial Interregional teaching Hospital No.20; tel.: (391) 264-29-80

ul. Instrumental’naya 12, Krasnoyarsk, 660123

drobysheva.as@mail.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"» обособленное подразделение «Научно-исследовательский институт медицинских проблем Севера» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф.Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияKrasnoyarsk Federal Research Center of Siberian Department of Russian Academy of Medical Science; Federal Research Institute of Medical Problems of the North, Separate Unit; V.F.Voyno-Yasenetskiy Krasnoyarsk State Medical University, Healthcare Ministry of RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф.Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияV.F.Voyno-Yasenetskiy Krasnoyarsk State Medical University, Healthcare Ministry of RussiaRussian FederationКраевое государственное бюджетное учреждение здравоохранения «Красноярская межрайонная клиническая больница № 20 имени И.С.Берзона»РоссияI.S.Berson Krasnoyarsk Territorial Interregional Teaching Hospital No.20Russian Federation201901072019292167174Copyright © Савченко А.А., Гринштейн Ю.И., Дробышева А.С., 20192019Савченко А.А., Гринштейн Ю.И., Дробышева А.С.Savchenko A.A., Grinshteyn Y.I., Drobysheva A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.pulmonology.ru/pulm/article/view/1142

Целью исследования явился сравнительный анализ зависимости состояния «респираторного взрыва» нейтрофилов крови и мокроты у больных пневмонией от уровней активности внутриклеточных ферментов. Материалы и методы. Обследованы больные (n = 82) внебольничной пневмонией (ВП) средней и тяжелой степени. С помощью ХЛ-анализа определены уровни синтеза первичных и вторичных активных форм кислорода (АФК). С помощью биолюминесцентного метода исследованы уровни активности никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ)-зависимых дегидрогеназ в нейтрофилах. Результаты. Установлено, что у здоровых людей наблюдается низкий уровень «респираторного взрыва» нейтрофилов крови и его зависимость преимущественно от состояния митохондриального метаболизма и активности малик-фермента. У больных ВП нейтрофилы крови находятся в активированном состоянии, в клетках возрастает активность анаэробного дыхания и метаболизма митохондрий. Дополнительно появляется зависимость уровня респираторного взрыва от активности терминальных реакций гликолиза и ключевой реакции пентозофосфатного цикла. Нейтрофилы мокроты при пневмонии также находятся в активированном состоянии. Заключение. Продемонстрировано, что в условиях неблагоприятного окружения наблюдается нарушение механизмов метаболического обеспечения «респираторного взрыва», что проявляется в снижении уровня синтеза первичных и вторичных АФК. В клетках возрастает уровень перекисных процессов, выявляется снижение интенсивности терминальных реакций гликолиза и отток субстратов с лимонного цикла на реакции аминокислотного обмена. На этом метаболическом фоне малик-фермент остается единственным, стимулирующим респираторный взрыв нейтрофилов мокроты, в то время как отток субстратов с цикла трикарбоновых кислот ингибируют синтез вторичных АФК.

The aim of the study was to investigate relationships between the respiratory burst in blood and sputum neutrophils and intracellular enzyme activity in patients with pneumonia. Methods. The study involved 82 patients with moderate to severe community-acquired pneumonia (CAP). The chemiluminescent assay was used to investigate synthesis of primary and secondary reactive oxygen species (ROS). The bioluminescent method was used to examine NAD(P)-dependent dehydrogenase activity in neutrophils. Results. Low-intensity respiratory burst in blood neutrophils and its predominant relations to the state of mitochondrial metabolism and malic enzyme activity were observed in healthy subjects. Blood neutrophils in patients with CAP were activated; the anaerobic respiration and mitochondrial metabolism increased in the cells. Additionally, intensity of the respiratory burst was related to terminal glycolysis reactions and the key reaction of the pentose phosphate cycle. Sputum neutrophils in patients with CAP were also activated. Conclusion. Abnormalities of metabolic support of the respiratory burst, such as decreased production of primary and secondary ROS, could appear under unfavorable conditions. Peroxidation increased in the cells, the intensity of terminal glycolysis reactions decreased, and substrates transferred from the citric acid cycle to amino acid exchange reactions. Under these conditions, malic enzyme remained the only substrate that stimulated the respiratory burst in sputum neutrophils, while substrate transfer from the tricarboxylic acid cycle inhibited synthesis of the secondary ROS.

нейтрофилыпневмонияреспираторный взрывметаболизмферментыneutrophilspneumoniarespiratory burstmetabolismenzymes.ReferencesКолосов В.П., Кочегарова Е.Ю., Нарышкина С.В. Внебольничная пневмония (клиническое течение, прогнозирование исходов). Благовещенск: АГМА; 2012.Kolosov V.P., Kochegarova E.Yu., Naryshkina S.V. [Community-Acquired Pneumonia: clinical course, prediction of outcomes]. Blagoveshchensk: AGMA; 2012 (in Russian).Чучалин А.Г., ред. Пульмонология. Национальное руководство. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2016.Chuchalin A.G., ed. [Pulmonology. A National Manual]. Moscow: GEOTAR-Media; 2016 (in Russian).Cataudella E., Giraffa C.M., Di Marca S. et al. Neutrophil-to-lymphocyte ratio: an emerging marker predicting prognosis in elderly adults with community-acquired pneumonia. J. Am. Geriatr. Soc. 2017; 65 (8): 1796–1801. DOI: 10.1111/jgs.14894.Cataudella E., Giraffa C.M., Di Marca S. et al. Neutrophil-to-lymphocyte ratio: an emerging marker predicting prognosis in elderly adults with community-acquired pneumonia. J. Am. Geriatr. Soc. 2017; 65 (8): 1796–1801. DOI: 10.1111/jgs.14894.Kartal O., Kartal A.T. Value of neutrophil to lymphocyte and platelet to lymphocyte ratios in pneumonia. Bratisl. Lek. Listy. 2017; 118 (9): 513–516. DOI: 10.4149/BLL_2017_099.Kartal O., Kartal A.T. Value of neutrophil to lymphocyte and platelet to lymphocyte ratios in pneumonia. Bratisl. Lek. Listy. 2017; 118 (9): 513–516. DOI: 10.4149/BLL_2017_099.Parenti A., Indorato B., Paccosi S. Minocycline affects human neutrophil respiratory burst and transendothelial migration. Inflamm. Res. 2017; 66 (2): 107–109. DOI: 10.1007/s00011-016-0999-x.Parenti A., Indorato B., Paccosi S. Minocycline affects human neutrophil respiratory burst and transendothelial migration. Inflamm. Res. 2017; 66 (2): 107–109. DOI: 10.1007/s00011-016-0999-x.Stålhammar M.E., Douhan Håkansson L., Sindelar R. Bacterial N-formyl peptides reduce PMA- and Escherichia coli-induced neutrophil respiratory burst in term neonates and adults. Scand. J. Immunol. 2017; 85 (5): 365–371. DOI: 10.1111/sji.12537.Stålhammar M.E., Douhan Håkansson L., Sindelar R. Bacterial N-formyl peptides reduce PMA- and Escherichia coli-induced neutrophil respiratory burst in term neonates and adults. Scand. J. Immunol. 2017; 85 (5): 365–371. DOI: 10.1111/sji.12537.Владимиров Ю.А., Проскурнина Е.В. Свободные радикалы и клеточная хемилюминесценция. Успехи биологической химии. 2009; 49: 341–388.Vladimirov Yu.A., Proskurnina E.V. [Free radicals and cell chemiluminescence]. Uspekhi biologicheskoy khimii. 2009; 49: 341–388 (in Russian).Beutler B. Innate immunity: an overview. Mol. Immunol. 2004; 40: 845–859. DOI: 10.1016/j.molimm.2003.10.005.Beutler B. Innate immunity: an overview. Mol. Immunol. 2004; 40: 845–859. DOI: 10.1016/j.molimm.2003.10.005.Соодаева С.К., Климанов И.А., Никитина Л.Ю. Нитрозивный и оксидативный стресс при заболеваниях органов дыхания. Пульмонология. 2017; 27 (2): 262–273. DOI: 10.18093/0869-0189-2017-27-2-262-273.Soodaeva S.K., Klimanov I.A., Nikitina L.Yu. Nitrosative and oxidative stresses in respiratory diseases. Pul'monologiya. 2017; 27 (2): 262–273. DOI: 10.18093/0869-0189-2017-27-2-262-273 (in Russian).Савченко А.А., Здзитовецкий Д.Э., Борисов А.Г., Лузан Н.А. Хемилюминесцентная и энзиматическая активность нейтрофильных гранулоцитов у больных распространенным гнойным перитонитом в зависимости от исхода заболевания. Вестник РАМН. 2014; 69 (5-6): 23–28. DOI: 10.15690/vramn.v69i5-6.1039.Savchenko A.A., Zdzitovetskiy D.E., Borisov A.G., Luzan N.A. Chemiluminescent and enzymatic activity of neutrophils in patients with extended purulent peritonitis according to outcomes. Vestnik RAMN. 2014; 69 (5-6): 23–28. DOI: 10.15690/vramn.v69i5-6.1039 (in Russian).Walmsley S.R., Whyte M.K. Neutrophil energetics and oxygen sensing. Blood. 2014; 123 (18): 2753–2754. DOI: 10.1182/blood-2014-03-560409.Walmsley S.R., Whyte M.K. Neutrophil energetics and oxygen sensing. Blood. 2014; 123 (18): 2753–2754. DOI: 10.1182/blood-2014-03-560409.Чучалин А.Г., Синопальников А.И., Козлов Р.С. и др. Российское респираторное общество (РРО) Межрегиональная ассоциация по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии (МАКМАХ) Клинические рекомендации по диагностике, лечению и профилактике тяжелой внебольничной пневмонии у взрослых. Пульмонология. 2014; (4): 13–48. DOI: 10.18093/0869-0189-2014-0-4-13-48.Chuchalin A.G., Sinopal'nikov A.I., Kozlov R.S. et al. [Russian Respiratory Society, Interregional Association on Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. Clinical Guidelines on Diagnosis, Treatment and Prevention of Severe Community-Acquired Pneumonia in Adults]. Pul'monologiya. 2014; (4): 13–48. DOI: 10.18093/0869-0189-2014-0-4-13-48 (in Russian).Чучалин А.Г., Синопальников А.И., Козлов Р.С. и др. Клинические рекомендации по диагностике, лечению и профилактике тяжелой внебольничной пневмонии у взрослых. Клиническая микробиология антимикробная химиотерапия. 2015; 17 (2): 84–126.Chuchalin A.G., Sinopal'nikov A.I., Kozlov R.S. et al. [Clinical Guidelines on Diagnosis, Treatment and Prevention of Severe Community-Acquired Pneumonia in Adults]. Klinicheskaya mikrobiologiya antimikrobnaya khimioterapiya. 2015; 17 (2): 84–126 (in Russian).Дворецкий Л.И. Внебольничная пневмония: взгляд терапевта. Consilium Medicum. 2008; 10 (3): 34–40.Dvoretskiy L.I. Community-acquired pneumonia, therapeutist's point of view. Consilium Medicum. 2008; 10 (3): 34–40 (in Russian).Савченко А.А. Определение активности NAD(P)-зависимых дегидрогеназ в нейтрофильных гранулоцитах биолюминесцентным методом. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015; 159 (5) 656–660. DOI: 10.1007/s10517-015-3049-8.Savchenko A.A. [Measurement of activity of NAD(P)-dependent dehydrogenases in neutrophilic granulocytes using the bioluminescent method]. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny. 2015; 159 (5): 656–660. DOI: 10.1007/s10517-015-3049-8 (in Russian).Nguyen G.T., Green E.R., Mecsas J. Neutrophils to the ROScue: Mechanisms of NADPH oxidase activation and bacterial resistance. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2017; 7: 373. DOI: 10.3389/fcimb.2017.00373.Nguyen G.T., Green E.R., Mecsas J. Neutrophils to the ROScue: Mechanisms of NADPH oxidase activation and bacterial resistance. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2017; 7: 373. DOI: 10.3389/fcimb.2017.00373.Zhang L., Wu J., Duan X. et al. NADPH oxidase: A potential target for treatment of stroke. Oxid. Med. Cell. Longev. 2016; 2016: 5026984. DOI: 10.1155/2016/5026984.Zhang L., Wu J., Duan X. et al. NADPH oxidase: A potential target for treatment of stroke. Oxid. Med. Cell. Longev. 2016; 2016: 5026984. DOI: 10.1155/2016/5026984.Kőszegi T., Sali N., Raknić M. et al. A novel luminol-based enhanced chemiluminescence antioxidant capacity microplate assay for use in different biological matrices. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 2017; 88 (Pt 2): 153–159. DOI: 10.1016/j.vascn.2017.09.256.Kőszegi T., Sali N., Raknić M. et al. A novel luminol-based enhanced chemiluminescence antioxidant capacity microplate assay for use in different biological matrices. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 2017; 88 (Pt 2): 153–159. DOI: 10.1016/j.vascn.2017.09.256.Bao Y., Ledderose C., Graf A.F. et al. mTOR and differential activation of mitochondria orchestrate neutrophil chemotaxis. J. Cell Biol. 2015; 210 (7): 1153–1164. DOI: 10.1083/jcb.201503066.Bao Y., Ledderose C., Graf A.F. et al. mTOR and differential activation of mitochondria orchestrate neutrophil chemotaxis. J. Cell Biol. 2015; 210 (7): 1153–1164. DOI: 10.1083/jcb.201503066.Milot E., Filep J.G. Regulation of neutrophil survival /apoptosis by Mcl-1. Sci. World J. 2011; 11: 1948–1962. DOI: 10.1100/2011/131539.Milot E., Filep J.G. Regulation of neutrophil survival /apoptosis by Mcl-1. Sci. World J. 2011; 11: 1948–1962. DOI: 10.1100/2011/131539.Lu L., Wang M., Liao X. et al. Manganese influences the expression of fatty acid synthase and malic enzyme in cultured primary chicken hepatocytes. Br. J. Nutr. 2017; 118 (11): 881–888. DOI: 10.1017/S0007114517002987.Lu L., Wang M., Liao X. et al. Manganese influences the expression of fatty acid synthase and malic enzyme in cultured primary chicken hepatocytes. Br. J. Nutr. 2017; 118 (11): 881–888. DOI: 10.1017/S0007114517002987.Cai T., Kuang Y., Zhang C. et al. Glucose-6-phosphate dehydrogenase and NADPH oxidase 4 control STAT3 activity in melanoma cells through a pathway involving reactive oxygen species, c-SRC and SHP2. Am. J. Cancer Res. 2015; 5 (5): 1610–1620.Cai T., Kuang Y., Zhang C. et al. Glucose-6-phosphate dehydrogenase and NADPH oxidase 4 control STAT3 activity in melanoma cells through a pathway involving reactive oxygen species, c-SRC and SHP2. Am. J. Cancer Res. 2015; 5 (5): 1610–1620.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.