Usefulness of measurement of nitric oxide in exhaled air in diagnostics and treatment of allergic rhinitis and asthma in children and adolescents

Tlenek azotu (NO − nitric oxide) jest produkowany w organizmie człowieka z L-argininy w reakcji katalizowanej przez enzymy z grupy syntaz tlenku azotu (NOS − nitric oxide synthase). Gaz ten pełni szereg fizjologicznych funkcji, m.in. działa relaksująco na mięśniówkę gładką naczyń krwionośnych, hamuje agregację płytek krwi, bierze udział w przewodnictwie nerwowym oraz procesach immunologicznych [1, 2]. Niewielkie ilości NO, niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu są wytwarzane przez dwie konstytutywne izoformy enzymu − neuronalną (nNOS − neuronal nitric oxide synthase, NOS I) oraz śródbłonkową (eNOS − endothelial nitric oxide synthase, NOS III) [3, 4]. Ekspresję trzeciej izoformy NOS − indukowalnej (iNOS − inducible nitric oxide synthase, NOS II) wykazano m.in. na komórkach nacieku zapalnego. Kontakt z alergenem, na który pacjent jest uczulony, zapoczątkowuje reakcję alergiczną i wydzielanie cytokin prozapalnych (IL-1, IFN gamma, TNF alfa) pobudzających ekspresję iNOS. Prowadzi to do długotrwałego wydzielania dużych ilości NO [5, 6]. Na komórkach nabłonka oskrzeli stwierdzono obecność wszystkich trzech izoform NOS [3]. W błonie śluzowej nosa u osób zdrowych wykazano ekspresję form konstytutywnych syntazy, natomiast w śluzówce zatok przynosowych głównie izoformy iNOS [4]. Tlenek azotu w niewielkich stężeniach wywiera pozytywny wpływ na funkcjonowanie układu oddechowego, m.in. wykazuje działanie relaksujące na mięśniówkę gładką ściany oskrzeli [7, 8, 9]. Z kolei duże ilości NO działają prozapalnie i sprzyjają rozwojowi nadreaktywności oskrzeli [1, 8, 10]. W górnych drogach oddechowych NO wpływa na ruchomość rzęsek błony śluzowej i pomaga w prawidłowym oczyszczaniu zatok [11].

FeNO w diagnostyce astmy

ATS (Amerykańskie Towarzystwo Klatki Piersiowej) zaleca wykonywanie pomiarów stężenia NO w powietrzu wydechowym (fractional exhaled nitric oxide − FeNO) celem:

Należy podkreślić, że pomiary FeNO jako samodzielny parametr nie powinny być stosowane w diagnostyce astmy, w której podstawowe znaczenie mają kryteria kliniczne [12]. Najnowsze wytyczne GINA 2017 również wskazują, że wartości FeNO nie są użyteczne do potwierdzenia ani wykluczenia w toku diagnostyki astmy [13]. ATS zwraca jednak uwagę na przydatność pomiarów FeNO jako obiektywnego dowodu na obecność zapalenia eozynofilowego w drogach oddechowych w trakcie diagnostyki astmy. Należy przy tym pamiętać, że w przypadku stanu zapalnego o podłożu nieeozynofilowym wartości FeNO są zazwyczaj prawidłowe [12]. Wykazano, że w grupie dzieci do 4r.ż, wysokie wartości FeNO wraz z występowaniem nawracającego kaszlu i świstów, niezwiązanych z infekcją, mogą poprzedzać diagnozę astmy w wieku szkolnym [14]. Interpretację wartości FeNO opartą na zaleceniach ATS oraz najnowszych wynikach badań klinicznych przedstawia Tabela I [15]. Zatem obecnie pomiary FeNO są jedną ze składowych procesu diagnostycznego u pacjentów z objawami chorobowymi dotyczącymi dolnych dróg oddechowych i mogą wskazywać na istnienie stanu zapalnego o podłożu eozynofilowym. Należy podkreślić, że niezmiernie ważne jest by interpretować wyniki badania FeNO w ścisłej korelacji z obrazem klinicznym.

W grupie dzieci chorujących na alergiczny nieżyt nosa (ANN) obserwuje się wyższe wartości pomiarów FeNO zarówno z dolnych, jak i z górnych dróg oddechowych. Stężenie FeNO koreluje z wiekiem dziecka, wzrostem oraz wartością nosowego NO (nNO − nasal nitric oxide). Natomiast dyskusyjny jest związek FeNO z objawami ANN (katar, kichanie, świąd, zatkanie nosa). Liu i wsp. nie obserwowali związku pomiędzy wartościami FeNO i nNO a objawami nieżytu nosa [21]. Z kolei Lee i wsp. wykazali istotną statystycznie zależność stężenia FeNO z nasileniem wodnistego kataru oraz świądu nosa, a także z ogólnym nasileniem objawów ANN (mierzonym jako suma poszczególnych objawów) [22]. Ziętkowski i wsp. obserwowali wyższe stężenia FeNO u dorosłych z alergicznym sezonowym nieżytem nosa (ASNN) przed okresem pylenia w porównaniu z osobami zdrowymi. Kontakt z alergenami w okresie pylenia powodował znaczący statystycznie wzrost stężenia FeNO. Na tej podstawie autorzy sugerują, że pomiary FeNO u pacjentów z ASNN mogą być wykorzystywane do monitorowania nasilenia stanu zapalnego w dolnych drogach oddechowych, współwystępującego z ANN [23]. W grupie dzieci 3-7-letnich chorujących na ANN bez współistniejącej astmy mierzone stężenia FeNO są wyższe w porównaniu zarówno ze zdrową grupą kontrolną, pacjentami z atopią bez objawów nieżytu, jak i dziećmi cierpiącymi na nieżyt nosa nieatopowy. Autorzy sugerują możliwość wykorzystania FeNO jako markera diagnostycznego w kierunku ANN w przypadku występowania objawów nieżytu nosa w tej grupie wiekowej [24]. Z kolei Ciprandi i wsp. w grupie dorosłych chorujących na ANN, zaobserwowali związek podwyższonych wartości FeNO z dłuższym okresem występowania objawów i cięższym przebiegiem ANN oraz częstszym występowaniem nadrektywności oskrzeli. W dwuletniej obserwacji, średnio co czwarty pacjent ze stężeniem FeNO >50 ppb zachorował na astmę. Stąd można wnioskować, że wysokie stężenia FeNO (>50ppb) mierzone u pacjentów z ANN mogą być czynnikiem ryzyka rozwoju astmy w przyszłości [25].

Na podstawie wyników dotychczasowych badań sugeruje się, że pomiary FeNO znajdują zastosowanie w ocenie nasilenia procesu zapalnego w dolnych drogach oddechowych u pacjentów z ANN, co może pozwolić na wyselekcjonowanie chorych szczególnie podatnych na zachorowanie na astmę w przyszłości. Dodatkowo mogą być przydatne w diagnostyce nieżytu nosa, wskazując na jego alergiczny charakter oraz wykazują związek z czasem trwania i przebiegiem ANN.

Jamy nosowe, system zatok przynosowych, ucho środkowe oraz nosowa część gardła tworzą połączony ze sobą kompleks, którego każda składowa ma wpływ na wynik pomiaru nNO [55]. Większość NO w obrębie układu oddechowego jest produkowana w górnych drogach oddechowych, zwłaszcza w zatokach przynosowych. Stąd też wartości nNO są fizjologicznie wyższe niż FeNO [56]. Wg Struben i wsp. średnie wartości nNO mierzone u zdrowych dzieci w wieku 6-17 lat wynosiły 449 ppb i były niezależne od płci, wagi, wzrostu, BMI i narażenia na dym tytoniowy. Dla dzieci <12 r.ż. wykazano dodatnią korelację z wiekiem [57]. W przypadku pierwotnej dyskinezy rzęsek, obserwuje się bardzo niskie wartości nNO (<100 ppb) [58, 59]. Liczne badania wskazują na możliwość wykorzystania pomiarów nNO w diagnostyce i monitorowaniu leczenia ANN. Krzych-Fałta i wsp. przeprowadzili analizę stężeń nNO i FeNO w odpowiedzi na donosową próbę prowokacji alergenem w grupie pacjentów uczulonych na pospolite alergeny środowiskowe. We wszystkich pomiarach (przed podaniem alergenu, w 5, 10, 15 i 20 minucie oraz 4 godzinie po podaniu alergenu) zaobserwowali znacząco wyższe wartości nNO u pacjentów z ANN w porównaniu z grupą kontrolną. Mierzone wartości były wyższe (ale statystycznie nieistotnie) w grupie pacjentów z przewlekłym ANN, w porównaniu do grupy z okresowym ANN. We wczesnej fazie reakcji alergicznej zaobserwowano spadek wartości nNO w porównaniu z pomiarem przed próbą (1137,03 vs 879,53 ppb), które ponownie narosły po 4 h od prowokacji alergenem (1150,50 ppb). Początkowe zmniejszenie wartości nNO po prowokacji alergenem wynikało najprawdopodobniej z narastającego obrzęku błony śluzowej jamy nosowej, skutkującego zamknięciem ujścia zatok przynosowych i tym samym utrudnieniem przepływu NO z zatok do jam nosowych [60]. Wang i wsp. badali stężenie nNO u dzieci w wieku 3-14 lat chorujących na przewlekły ANN. Wykazali, że wartości nosowego NO są wyższe u pacjentów z łagodnym ANN wg kryteriów ARIA w porównaniu ze zdrową grupą kontrolną. Najwyższe wartości NO obserwowano u dzieci chorujących na umiarkowany-ciężki ANN. Zarówno w grupie z łagodnym, jak i umiarkowanym-ciężkim ANN zaobserwowano spadek wartości nNO po miesiącu leczenia (mometazon i/lub lek antyhistaminowy) przy czym spadek był istotnie statystycznie większy w drugiej z badanych grup [61]. Podobnie Lee i wsp. zaobserwowali, że wartości nNO u pacjentów chorujących na ANN są wyższe niż w zdrowej grupie kontrolnej. Ponadto wykazano, że u pacjentów chorujących na przewlekły ANN, wartości nNO były istotnie statystycznie niższe, a FeNO wyższe w porównaniu z pacjentami z okresowym ANN [22].

Przedstawione powyżej dane sugerują, że pomiary nNO mogą być pomocne w diagnostyce i ocenie nasilenia stanu zapalnego w górnych drogach oddechowych, wskazując na jego eozynofilowe podłoże. Wartości nNO obniżają się w wyniku zastosowanego leczenia przeciwwzapalnego, co sugeruje możliwość ich wykorzystania w trakcie terapii ANN. Jednak użyteczność nNO tak w diagnostyce, jak i leczeniu pacjentów z ANN wymaga dalszych badań.

Pomiary FeNO:

Z kolei pomiary nNO, choć nie są tak rozpowszechnione jak oskrzelowe, mogą dostarczyć istotnych informacji dotyczących obecności i nasilenia zapalenia eozynofilowego w obrębie górnych dróg oddechowych, stając się przydatnym narzędziem w opiece nad pacjentami z ANN.