Évaluation méthodologique et clinique des marqueurs de l’atteinte pulmonaire dans l’air exhalé : comparaison de sujets présentant une pathologie respiratoire chronique et sujets témoins

Methodological and clinical evaluation of markers of the lung injury in exhaled breath : comparison of subjects with chronic respiratory disease and controls

• Auteur / Autrice : Nathalie Kornobis-Chérot
• Direction : Annie Sobaszek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine et santé au travail
• Date : Soutenance le 17/07/2012
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sclérodermie systémique

Pneumopathies interstitielles

Broncho-pneumopathie chronique obstructive

Asthme

Tabagisme

Marqueurs biologiques

Cytokines

Peroxyde d'hydrogène

Malonaldéhyde

F2-isoprostanes

Oxydes d'azote

Dissertations académiques

Maladies pulmonaires

Sclérodermie

Asthme

Fumeurs

Marqueurs biologiques

Cytokines

Peroxyde d'hydrogène

Oxydes d'azote

Diagnostic

Poumon -- Maladies

Mots clés libres

NO exhalé

Breath tests

Exhaled air

Résumé

Un accès direct et non invasif à la pathogénèse par l’évaluation de biomarqueurs volatils (FeNO) ou non volatils de l’air exhalé grâce à la méthode des condensats de l’air exhalé (EBC) est utile pour estimer précocement le degré d’atteinte pulmonaire en rapport avec une exposition professionnelle et surveiller son évolution en regard des mesures correctives mises en place. L’étude du NO exhalé (FeNO) est actuellement bien standardisée et l’augmentation exponentielle des publications concernant les EBC reflètent un intérêt croissant pour le diagnostic non invasif des atteintes pulmonaires. Les marqueurs étudiés dans l’air exhalé sont des produits de l'inflammation tels que le FeNO et les cytokines ainsi que des produits du stress oxydant incluant le peroxyde d'hydrogène, les produits de peroxydation lipidique (8-isoprostane, malondialdehyde) et les oxydes d'azote (NOx). S’agissant d’une technique d’exploration relativement récente, les modalités méthodologiques font encore l’objet de nombreux travaux, les premières recommandations internationales étant apparues en 2005. Les écueils méthodologiques sont nombreux et encore décrits dans la littérature en 2012. Ils concernent toutes les étapes du processus du recueil et d’analyses.Objectifs : L’objectif principal de notre recherche était dans un premier temps de développer la méthode des EBC pour l'étude des composés de l'air exhalé puis de détecter et quantifier des biomarqueurs tels que les protéines totales, les NOx et le 8-isoprostane dans les EBC d’une population d’adultes sains (n= 48) ou atteints de pathologies pulmonaires telles que l'asthme (n=24), la BPCO (n=20), la pneumopathie interstitielle diffuse (n=27) et la sclérodermie (n=27). L’objectif secondaire était la comparaison des niveaux de biomarqueurs dosés dans les EBC et du FeNO chez les sujets malades par rapport aux témoins.Résultats / Conclusion : Notre recherche, soutenue l’ANR et l’ANSES, a permis de standardiser la méthodologie de recueil et d’analyse des EBC avec une optimisation du système de recueil et de l’agent coatant pour la détermination de la concentration nécessaire et compatible avec les analyses. Nous maitrisons le dosage dans les EBC des biomarqueurs tels que les protéines, les NOx et le 8-isoprostane. D'autres biomarqueurs sont encore en cours d'étude tels que le malondialdehyde et les cytokines. Ce travail méthodologique, publié, a permit dans un second temps la détection (> à 95%) et la quantification de ces biomarqueurs dans les EBC des sujets sains et malades de notre population.Perspectives : La constitution des valeurs de référence pour les biomarqueurs dosés dans les EBC est nécessaire à l’interprétation des dosages chez les sujets malades. Il convient également de finaliser la standardisation de la mesure des cytokines et du malondialdehyde et d’explorer de nouveaux biomarqueurs produits lors du stress nitrosant tels que la 3-nitrotyrosine pour compléter les mécanismes physiopathologiques. Enfin le développement de cette méthode non invasive et peu contraignante apparait prometteuse en clinique médicale dans le suivi individuel de la maladie ou son traitement comme lors d’études épidémiologiques respiratoires dans des populations exposées professionnellement ou environnementalement. Dans ce cadre, l’étude de marqueurs d’exposition professionnelle tels que les métaux lourds dans les EBC est en cours de développement.

The study of both volatile (FeNO) and non-volatile respiratory biomarkers using the method of exhaled breath condensates can be useful in medical surveillance of exposed workers, the early identification of respiratory diseases or in the monitoring of their development. Studies of exhaled NO (FeNO) is now well standardized and the exponential increase in publications on exhaled breath condensate (EBC) reflects growing interest in a non-invasive diagnosis of pulmonary diseases. The biomarkers studied are products of inflammation, such as FeNO and cytokines, and products of oxidative stress, including hydrogen peroxide (H202), products of lipid peroxydation (8-isoprostane, malondialdehyde) and nitrogen oxides. The first recommendation was published in 2005 but although many recent publications have applied this new method, numerous methodological pitfalls remain and still described in 2012. They concern all the stages of the collection to the analysis.Objectives: The main objective of this research was initially to develop the method of EBC for the study of compounds of exhaled air and then detect and quantify biomarkers such as total protein, NOx and 8-isoprostane in exhaled air in a population of healthy adults (n = 48) or patients with lung inflammatory diseases such as asthma (n = 24), COPD (n = 20), diffuse interstitial pneumonia (n = 27) and scleroderma (n = 27). The secondary objective was to compare levels of biomarkers measured in the EBC and FeNO in patients compared to controls.Results / conclusion: Our research, supported by ANR and ANSES, allowed to standardize the methodology of collection and analysis of EBC with a choice of the collection system and coating which must be effective and compatible with the analyzes. In EBC, we control the dosage of biomarkers such as proteins, NOx and 8-isoprostane. Other biomarkers are still being studied such as malondialdehyde and cytokines. This published methodological study, allowed in a second step the detection (> 95%) and quantification of these biomarkers in EBC of healthy patients in our population.Perspectives: This standardization is a key epidemiological requirement for the task force on the establishment of reference values and the publication of methodological guidelines so as to realize the promise of this approach for clinical studies of lung diseases. We have also to finish the development of biomarkers such as cytokines or malondialdehyde and to investigate new biomarkers to complete the pathophysiological mechanisms. Finally our objective is the widespread use of this noninvasive method in daily epidemiological studies on subjects with professional and/or environmental exposure. In this context, the study of markers of the toxic burden in the lungs such as heavy metals in the EBC is being developed.