МУЛЬТИПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДВИГАТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ РЕСНИТЧАТОГО ЭПИТЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВОЙ ВИДЕОМИКРОСКОПИИ У ПАЦИЕНТОВ С ВАЗОМОТОРНЫМ РИНИТОМ
Шабалин В.В., Захарова Г.П., Иванов Н.И., Алексанян Ю.С. Мультипараметрическая оценка двигательной функции реснитчатого эпителия на основе цифровой видеомикроскопии у пациентов с вазомоторным ринитом. Фармакология & Фармакотерапия. 2025; 5: 58–64. DOI 10.46393/27132129_2025_5_58–64
Вторичная дисфункция реснитчатого эпителия играет ключевую роль в патогенезе нарушений мукоцилиарного
транспорта у пациентов с вазомоторным ринитом, что следует учитывать при выборе тактики их лечения. Тра- диционная оценка частоты биения ресничек не позволяет достаточно полно отразить морфофункциональные из- менения слизистой оболочки полости носа и объективно оценить эффективность защитных механизмов. В иссле- довании у 25 пациентов с вазомоторным ринитом и 25 здоровых с использованием цифровой видеомикроскопии
и программного комплекса MMC Multimetr 3,0 проведена мультипараметрическая оценка функции реснитчатого эпителия, включающая такие показатели, как длина и плотность ресничек, средняя и наиболее вероятная частота, определяющая доминирующий режим работы большинства ресничек на конкретном участке слизистой оболочки, что напрямую связано с эффективностью мукоцилиарного транспорта. Установлено достоверное снижение длины и плотности ресничек, а также асинхронность их биения у пациентов с вазомоторным ринитом, что подтверждает наличие у них вторичной цилиарной дисфункции. Предложенный подход позволяет выявить скрытые нарушения
мукоцилиарного транспорта у пациентов с вазомоторным ринитом и обосновывает необходимость разработки па- тогенетически направленной коррекции восстановления координации биения ресничек. Результаты подчеркивают
важность применения мультипараметрической оценки в ринологической практике для персонализации лечения пациентов с вазомоторным ринитом.
Введение
Воспалительные заболевания верхних дыха- тельных путей представляют собой обширную груп- пу патологических состояний инфекционной и неин- фекционной этиологии [1–4]. Одним из клинических
проявлений альтерации слизистой оболочки поло- сти носа и околоносовых пазух (ОНП) является на- рушение мукоцилиарного транспорта (МЦТ) [5–8].
В этом контексте исследование физиологической
активности и изменений при различных патологиче- ских состояниях, в том числе при вазомоторном ри- ните (ВР), имеет важное значение для научно-прак- тической оториноларингологии [9, 10]. «Золотым
стандартом» для оценки функции реснитчатого эпителия слизистой оболочки полости носа и ОНП
признано использование цифровой видеомикроско- пии [9, 11, 12].
В литературе достаточно подробно описаны на- рушения МЦТ, обусловленные генетическими дефек- тами структуры ресничек при первичной цилиарной
дискинезии (ПЦД). Для пациентов с ПЦД характер- ны выраженные стереотипные изменения ключевых
параметров биения ресничек: снижение частоты, на- рушение координации (метахронии) и утрата эффек- тивности направленного транспорта слизи. Эти пара- метры поддаются количественной оценке с помощью
высокоскоростной видеомикроскопии и других со- временных методов, что позволяет не только подтвер- дить диагноз, но и дифференцировать типы морфо- функциональных дефектов ресничек [13].
В то же время при заболеваниях полости носа и ОНП, сопровождающихся хронической носовой обструкцией, таких как хронический риносинусит, искривление перегородки носа, различные формы хронических ринитов, данные о характере нарушений
МЦТ остаются фрагментарными и противоречивы- ми [14–17]. Данные, представленные в исследовани- ях, свидетельствуют, что диапазон количественной
оценки значений средней частоты биений ресничек
у здоровых достаточно велик [9, 18]. Как в зарубеж- ных, так и в отечественных публикациях отсутствует
систематизированный анализ основных параметров
двигательной активности ресничек при различных
патологических состояниях [19, 20]. При этом меха- низмы вторичной дисфункции ресничек, их обра- тимость, взаимосвязь нарушения вязкости секрета
с изменением морфологии ресничек изучены далеко не полностью [21].
Несмотря на достаточно широкий арсенал мето- дов исследования МЦТ, включающих оценку частоты
МЦТ in vitro и in vivo, а также показатели клиренса ра- диоактивных или флуоресцентных маркеров, они об- ладают неполной диагностической и прогностической
ценностью в практической ринологии. Использование в клинической практике измерения частоты биения ресничек как основного показателя нарушения МЦТ
не является достаточным для его характеристики, по- скольку не отражает пространственную организацию
биения и эффективность передвижения секрета. Вы- сокая частота биения ресничек может сопровождать- ся отсутствием эффективности продвижения секрета,
например, при генетических заболеваниях (муковис- цидоз). В то же время при умеренном снижении ча- стоты могут сохраняться координация и направление
движения, обеспечивая полноценный МЦТ [22].
Некоторые авторы по результатам исследо- ваний отмечают, что эффективность лечения хро- нических ринитов, включая вазомоторную форму,
напрямую зависит от состояния мукоцилиарной си- стемы [23–26]. Персонифицированное выявление
вторичной цилиарной дисфункции позволяет перей- ти от симптоматической терапии к патогенетически
обоснованной стратегии с назначением препаратов,
восстанавливающих координацию биения ресни- чек [18, 23, 24, 27].
В связи с необходимостью повышения эффек- тивности лечения заболеваний полости носа и ОНП
с помощью патогенетически обоснованных терапев- тических стратегий, направленных на восстановление
функциональной целостности мукоцилиарной систе- мы, разработка комплексного мультипараметрическо- го подхода к исследованию МЦТ, позволяющего дать
оценку его эффективности, в настоящее время пред- ставляет несомненную актуальность [28].
Таким образом, в научной литературе доста- точно полно представлена информация о наруше- нии параметров двигательной активности ресничек
при генетически обусловленных заболеваниях с ПЦД. Однако в отношении заболеваниях полости носа и ОНП, сопровождающихся носовой обструкцией, эти данные как в зарубежных, так и в отечественных
публикациях представлены недостаточно полно и од- нозначно. Несмотря на многочисленность физических
параметров оценки двигательной активности ресни- чек дыхательного эпителия, вопрос об их наибольшей
информативности и интегральности остается откры- тым. Использование частоты биения ресничек в ка- честве главного показателя активности МЦТ не поз- воляет дать объективное представление о характере
патологического процесса и функциональной эффек- тивности цилиарного аппарата. В связи с этим научное
обоснование, разработка и внедрение в клиническую ринологическую практику мультипараметрической
оценки, позволяющей дать объективную характери- стику эффективности биения ресничек, представляет
в настоящее время несомненную актуальность. Цель исследования – повысить эффективность
диагностики и персонифицированного лечения па- циентов с ВР на основе применения объективного
метода мультипараметрической оценки двигательной активности реснитчатого эпителия с использованием цифровой видеомикроскопии. Материал и методы
Исследование выполнено с участием 50 че- ловек (достаточное количество для валидизации),
которые были разделены на две группы. Первую
(контрольную) группу составили 25 здоровых до- бровольцев, 2-ю группу – 25 пациентов с верифици- рованным диагнозом ВР. У всех обследуемых были
взяты образцы соскобов реснитчатого эпителия сли- зистой оболочки полости носа с помощью цитоще- ток, которые помещались в физиологический раствор
для последующего изучения и анализа под световым микроскопом с HD-видеокамерой. Технологическое
оборудование стандартизировано, состоит из персо- нального компьютера с установленной программой
ММС Multimetr 3,0, подключенного к биологическому микроскопу Olympus CX41 с встроенной электронной видеокамерой ММС Multimetr (рис. 1). Программная платформа ММС Multimetr 3,0
для анализа двигательной активности ресничек поз- воляет автоматически выделять объекты на изобра- жениях и видеозаписях, измерять их количественные
и динамические параметры, проводить классифика- цию и генерировать статистические отчеты. Мето- дика основана на принципах, описанных в работах
по цифровой видеомикроскопии ресничек, а также адаптирована с учетом отечественного опыта оценки МЦТ [29–31]. Видеозапись биения ресничек осуществляли в цветном режиме с разрешением 1024 × 768 пикселей и частотой 30–60 кадров в секунду. Запись сохраняли в сжатом цифровом формате MPG непосредственно
на жесткий диск персонального компьютера через те- левизионную камеру, подключенную к микроскопу.
Одновременно вели визуальное наблюдение за про- цессом на экране монитора (рис. 2).
Продолжительность записи для каждого образ- ца составляла 15–30 секунд, что достаточно для досто- верной оценки динамических характеристик биения
ресничек [32]. Все видеоматериалы систематизирова- лись в модуле программы «База данных».
Перед анализом проводили ручной отбор видео- записей по критериям качества: четкость изображе- ния, оптимальная яркость и контрастность, а также
стабильная частота кадров. Выбранный файл загружа- ли в раздел программы «Морфология» для дальнейшей
обработки. В этом модуле на изображении выделяли области интереса, представляющие участки слизистой
оболочки, содержащие активно работающие реснич- ки. Выделение осуществляли с помощью специальной
сетчатой матрицы, наложенной на кадр и состоящей из множества квадратных ячеек (рис. 3).
Вручную удаляли ячейки, в которых реснич- ки отсутствовали или не проявляли двигательной
активности, что обеспечивало избирательность анали- за только функционально активных зон (рис. 4).
После завершения выделения областей инте- реса программа автоматически рассчитывала часто- ту биения ресничек в герцах (Гц) для каждой ячейки
матрицы в процессе воспроизведения видеозаписи. Результаты визуализировались цветовой кодировкой:
Для последующего статистического анали- за весь спектр регистрируемых частот (4–30 Гц) был
разделен на три основных класса, каждый из которых дополнительно подразделялся на три подкласса. Такая
градация позволила повысить точность количествен- ной оценки и обеспечить дифференцированный ана- лиз распределения частотных характеристик биения
ресничек [33].
Помимо частоты биения, в качестве объек- тивных критериев функциональной активности рес- нитчатого эпителия нами оценивались следующие
морфометрические показатели: длина отдельных рес- ничек, длина апикальной поверхности эпителиальной
клетки, плотность ресничек (количество ресничек
на 10 мкм длины апикального края клетки). Для опре- деления длины ресничек видеозапись их биения за-
гружали в модуль программы «Измерение». Вручную
отбирали кадр, на котором реснички были максималь- но четко визуализированы во всю длину. На апикаль- ной поверхности каждой клетки вручную выбирали
10 ресничек, вдоль которых с помощью цифрового маркера наносили измерительные линии. Программа автоматически рассчитывала длину каждой реснички и определяла среднее значение для данного образца (рис. 5).
Аналогичным образом измеряли длину апи- кальной поверхности эпителиальной клетки участка,
на котором располагались реснички. На основе этих
данных рассчитывали плотность ресничек: количе- ство ресничек, приходящихся на 10 мкм горизонталь- ного участка апикальной поверхности. Подобный
подход к морфометрической оценке реснитчатого
эпителия ранее применялся в отечественных иссле- дованиях при изучении хронических ринитов [34].
После автоматического анализа частоты биения про- грамма переходила в подраздел «Статистика» модуля
«Морфология» (рис. 6).
Как видно на рис. 6, в указанном участке дли- ной 10 мкм расположено 12 ресничек, соответственно,
плотность ресничек составляет 12 шт/10 мкм. Далее
для каждого образца строили гистограммы распре-
деления частот биения ресничек, на основе которых
определяли следующие параметры: среднюю частоту биения по всем зарегистрированным ресничкам (в Гц); процентное соотношение ресничек, бьющихся с той
или иной частотой; относительную площадь, занимае- мую ресничками в каждом частотном подклассе.
В качестве основных критериев функциональ- ной активности реснитчатого эпителия нами приняты
средняя частота биения (Гц); наиболее вероятная ча- стота биения (Гц); средняя длина ресничек, плотность
ресничек (количество на 10 мкм). За наиболее вероятную частоту нами принята частота, с которой осуществляет биение наибольшее число ресничек, занимающих не менее 40% общей
площади анализируемого участка эпителия. Этот па- раметр определяли следующим образом: среди всех
частотных классов выделяли тот, в котором суммар- ная площадь ресничек, бьющихся с одинаковой часто- той, была максимальной (≥ 40%). Среднее значение
частоты в этом классе и принимали за наиболее веро- ятную частоту.
Мы считаем этот показатель более объективным, чем просто средняя частота, поскольку он отражает доминирующий режим работы большинства ресничек
на конкретном участке слизистой оболочки, что на- прямую связано с эффективностью МЦТ. Публикации
авторов, исследовавших среднюю частоту биения рес- ничек в полости носа, демонстрируют значительный
разброс в количественной оценке, что, по нашему мне- нию, обусловлено различиями в методиках регистра- ции, оборудовании и субъективностью ручного ана- лиза [33, 35]. Наиболее вероятная частота, напротив,
зависит преимущественно от площади эпителия, функ- ционирующего в едином ритме, учитывает взвешен- ное распределение частот по площади и потому менее
подвержена методическим артефактам. Результаты
С использованием цифровой видеомикро- скопии и программного комплекса MMC Multimetr
3,0 у пациентов с ВР и у лиц контрольной группы
(здоровые) были количественно оценены ключе- вые параметры двигательной функции реснитчато- го эпителия: средняя и наиболее вероятная частота
биения ресничек, длина ресничек, плотность ресни- чек (количество на 10 мкм апикальной поверхности
клетки).
Частотные характеристики показали, что сред- няя частота биения ресничек у пациентов с ВР
(7,40 ± 0,18 Гц) статистически не отличалась от та- ковой в группе здоровых (7,62 ± 0,24 Гц; p = 0,46).
Однако наиболее вероятная частота, отражающая
доминирующий режим работы большинства ресни- чек на анализируемом участке, оказалась достоверно
ниже у пациентов с ВР (6,40 ± 0,21 Гц) по сравнению с контролем (7,90 ± 0,12 Гц; p < 0,0001). Более того, у больных ВР наиболее вероятная частота значимо уступала средней (p = 0,008), что свидетельствует о гетерогенности и снижении синхронности биения ресничек. Морфометрические параметры показали, что длина ресничек у пациентов с ВР составила
5,91 ± 0,09 мкм, что достоверно меньше, чем у здоро- вых (7,84 ± 0,12 мкм; p < 0,00001). Плотность ресни- чек также была снижена: 12,5 ± 0,05 ресничек/10 мкм
у больных ВР против 14,5 ± 0,09 ресничек/10 мкм
в контрольной группе (p = 0,001). В то же время дли- на апикальной поверхности эпителиальной клетки
варьировала в широких пределах (от 7,6 до 24,9 мкм)
как в группе пациентов с ВР, так и у здоровых, без ста- тистически значимых различий между группами.
Обсуждение Полученные данные демонстрируют, что ВР
сопровождается выраженной вторичной дисфункци- ей реснитчатого эпителия, проявляющейся не только
в морфологических изменениях (укорочение ресни- чек, снижение их плотности), но и в нарушении ко- ординации их двигательной активности. Эти измене- ния согласуются с результатами ряда отечественных
исследований, где также отмечалось снижение мор- фофункциональных показателей ресничек при неал-
лергических формах хронического ринита [36]. Клю- чевое значение имеет выявленное расхождение между
средней и наиболее вероятной частотой биения рес- ничек у пациентов с ВР. Это свидетельствует о том,
что традиционная оценка, основанная исключительно на средней частоте, может маскировать существенные нарушения функциональной эффективности МЦТ.
Введение наиболее вероятной частоты в каче- стве дополнительного критерия позволяет объектив- но оценить доминирующий функциональный режим
ресничек на конкретном участке слизистой оболочки; выявить асинхронность биения, даже при сохранной
средней частоте; повысить чувствительность диагно- стики вторичной дисфункции ресничек при различ- ных заболеваниях носа и ОНП.
Таким образом, предложенная мультипара- метрическая модель оценки, включающая не только
частоту, но и морфометрические показатели (длина
и плотность ресничек), а также интегральный пара- метр в виде наиболее вероятной частоты, обеспечи- вает более полное и клинически релевантное пред- ставление о состоянии мукоцилиарной системы. Это
особенно важно для дифференциальной диагностики форм заболеваний носа и ОНП, объективной оценки эффективности лечения, персонализации подходов к лечению на основе определения функционального статуса слизистой оболочки.
Клиническая значимость разработанного мето- да позволяет перейти от упрощенной количественной
оценки двигательной активности ресничек к функцио- нально ориентированному комплексному анализу,
что открывает новые возможности для понимания па- тогенеза как ВР, так и других обструктивных заболева- ний носа, а также для разработки научно обоснован- ных стратегий коррекции нарушений МЦТ.
Таким образом, разработанный подход к оцен- ке функции реснитчатого эпителия сочетает ав- томатизированный анализ видеозаписей с ручной
верификацией ключевых параметров. Благодаря ис- пользованию специализированных алгоритмов обра- ботки изображений в программе MMC Multimetr 3,0
достигается высокая точность визуализации и сег- ментации отдельных ресничек при высокой плотно- сти их расположения. Это позволяет не только реги- стрировать суммарную активность, но и оценивать
локальные характеристики (частоту, длину и плот- ность ресничек) в мелких группах, что существенно
повышает достоверность и информативность полу- чаемых данных по сравнению с традиционными ме- тодами.
Проведенное исследование с использованием
цифровой видеомикроскопии и мультипараметриче- ского анализа выявило у пациентов с ВР достоверное
снижение длины, плотности ресничек, а также нару- шение координации их биения, проявляющееся в рас- хождении между средней и наиболее вероятной часто- той. Ключевым диагностическим достижением стало
и др. Топическая антимикробная терапия инфекци- онно-воспалительных заболеваний носа и околоно- совых пазух. РМЖ. 2020; 28 (5): 26–30.
5. Талибов А.Х., Коркмазов М.Ю., Ленгина М.А. и др.
Персонифицированный подход к повышению каче- ства жизни и психофизической готовности спортс- менов-гиревиков коррекцией сенсорных и вазомо- торных расстройств лор-органов. Человек. Спорт.
в условиях крупного промышленного города. Вест- ник Южно-Уральского государственного универси- тета. Серия: Образование, здравоохранение, физиче- ская культура. 2011; 26: 62–66.