CC BY
70
ПАТОФИЗИОЛОГИЯ
УДК 577.11:612.017:616-003.93(-17)
А. А. Савченко, В. Т. Манчук
МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ РАЗВИТИЯ ИММУННОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ПРИ АДАПТАЦИИ К УСЛОВИЯМ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН, Красноярск
На основе исследований активности НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ лимфоцитов крови у пришлых жителей Крайнего Севера, здоровых и с иммунодефицитными состояниями, предлагается метаболический механизм развития иммунодепрессии при адаптации к экологическим условиям Севера. Предполагается, что адаптационный процесс вызывает активацию аэробного дыхания в иммунокомпетентных клетках с увеличением уровня шунтирующих и вспомогательных реакций. Если повышенные энергетические затраты компенсируются соответствующим притоком субстратов, то активность энергетических процессов острого периода адаптации постепенно снижается и происходит переход на стадию долговременной адаптации. Однако при истощении субстратного пула происходит ингибирование энергетических процессов лимфоцитов, нарушаются метаболические взаимосвязи и развивается иммунодефицит-ное состояние. Представленный механизм определяет необходимость разработки, прежде всего, метаболических методов терапии и профилактики развития иммуно-депрессивных состояний при адаптационных процессах.
Ключевые слова: иммунодепрессия, лимфоциты, метаболизм, адаптация
Проблема взаимодействия человека и окружающей среды стала в последние годы центральной в биологии и медицине [1, 6, 7]. Особенно актуальна данная проблема на Крайнем Севере, где экстремальные экологические условия отличаются высокой суровостью, что выражается в повышении требований к организму адаптирующегося человека.
Одной из гомеостатических систем организма, участвующей практически во всех адаптационных реакциях, является иммунная система. Именно с нарушением реактивности иммунной системы связывают широкое как функциональное, так и структурное (патоморфологическое) многообразие проявлений патологии человека [8, 12]. Необходимо отметить, что вопрос о функции иммунитета, традиционно рассматривающийся с позиций прежде всего противоинфекци-онной защиты, претерпел в последнее время сложную эволюцию. Накопились факты, свидетельствующие о том, что система иммунитета по своей природе является регуляторной и обладает функциями, выходящими за рамки традиционных представлений о защите [3, 6]. Все это определяет необходимость изучения патогенеза нарушения реактивности иммунной системы при адаптации к новым климато-географиче-ским условиям проживания.
В Институте медицинских проблем Севера СО РАМН разработаны уникальные методы, позволяющие оценить реактивность иммунокомпетентных клеток. Функциональная активность лимфоцитов оценивается уровнем активности ряда внутриклеточных метаболических ферментов и содержанием основных интермедиатов. В основе методологического подхода лежат положения о прямой зависимости между функциональной активностью иммунокомпетентных клеток и уровнем их метаболизма [10, 11]. Разработанные биолюминесцентные методы позволяют исследовать широкий ряд внутриклеточных параметров, отражающих интенсивность различных метаболических реакций, путей и процессов. Целью исследования явилось изучение особенностей метаболизма лимфоцитов крови у пришлых жителей Крайнего Севера с иммунодефицитными состояниями.
Методика. Всего обследовано 342 человека в возрасте 20-45 лет, проживающих в средней полосе Сибири и на Крайнем Севере (Эвенкия, Таймырский автономный округ, Республика Коми), здоровых и с иммунодефицитными состояниями: в Красноярске (средняя полоса Сибири) - 114 практически здоровых людей; в регионах Крайнего Севера - 123 здоровых пришлых жителя и 105 - со вторичными иммунодефицит-
ными состояниями. Диагноз вторичного иммунодефицита ставился врачом-иммунологом на основании клинического осмотра и данных медицинской документации.
Выделение общей фракции лимфоцитов осуществляли по общепринятому методу в градиенте плотности фиколл-верографина с последующей очисткой от прилипающих клеток. Определение активности НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ в лимфоцитах проводили биолюминесцен-тным методом [9]. Данным методом определялась активность следующих ферментов: глюко-зо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФДГ), глице-рол-3-фосфатдегидрогеназы (Г3ФДГ), прямой и обратной реакции лактатдегидрогеназы (ЛДГ и Обр. ЛДГ), прямой и обратной реакции ма-латдегидрогеназы (МДГ и Обр. МДГ), малик-фермента (НАДФМДГ), НАДФ- и нАД-за-висимых глутаматдегидрогеназ (НАДФГДГ и НАДГДГ), НАД- и НАДФ-зависимых изоцит-ратдегидрогеназ (НАДИЦДГ и НАДФИЦДГ) и глутатионредуктазы (ГР). Активность дегидрогеназ выражали в ферментативных единицах (1 Е=1 мкмоль/мин [2]) на 10000 клеток.
Различия между уровнями активности НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ лимфоцитов здоровых людей и больных с истинной и псевдоаллергией оценивали по непараметрическому критерию Манна - Уитни с помощью пакета прикладных программ “5Р55 8.0”.
Результаты. При обследовании здоровых жителей, проживающих в течение 1-3 лет в различных регионах Крайнего Севера, обнаружено снижение активности Г6ФДГ (р<0,01); НАДФГДГ (р<0,01); анаэробной реакции ЛДГ (р<0,001) и повышение уровней Г3ФДГ (р<0,001); аэробной реакции ЛДГ (р<0,05); НАДФМДГ (р<0,05); НАДГДГ (р<0,05); НАДи НАДФ-зависимых изоцитратдегидрогеназы (р<0,001 и р<0,01 соответственно) и глутатионредуктазы (р<0,01) (рис. 1).
Обнаруженные уровни активности НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ в иммуноком-петентных клетках пришлых жителей Крайнего Севера подтверждают положение об активации биоэнергетических процессов в организме при любой адаптационной реакции [1,5]. Действительно, изменение исследуемых оксидоредуктаз позволяет констатировать факт усиления метаболических реакций митохондриального ком-партмента. Так, в лимфоцитах крови пришлых жителей выявляется повышение активности аэробной реакции ЛДГ. Активируются НАД- и НАДФ-зависимые реакции окислительного дезаминирования глутаминовой кислоты, что характеризует возрастание роли продуктов аминокислотного обмена в окислительно-восстанови-
Рис. 1. Активность НАД- и НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ в лимфоцитах крови у здоровых жителей средней полосы Сибири, а также пришлых жителей Крайнего Севера, здоровых и со вторичными иммуно-дефицитными состояниями
тельных реакциях цикла трикарбоновых кислот [2, 14]. Обнаружено увеличение уровней вспомогательных дегидрогеназных (НАДФИЦДГ) и шунтирующих (НАДФМДГ) реакций. В связи с таким усилением направленного потока субстратов неудивительно возрастание активности НАДИЦДГ - одной из маркирующих реакций цикла Кребса [13, 15].
Изменение активности ферментов цитоплазматического компартмента иммунокомпетент-ных клеток также обусловливает повышенную субстратную стимуляцию гликолиза. Во-первых, ингибируется активность Г6ФДГ - основного конкурента гликолиза за субстрат. Во-вторых, выявляется повышение активности Г3ФДГ - фермента, по уровню которого можно определить интенсивность переноса продуктов липидного катаболизма на реакции гликолитического пути [2]. Однако выявленное снижение уровня анаэробной реакции ЛДГ позволяет предположить, что процессы, повышающие приток субст-
ратов на окислительно-восстановительные реакции гликолиза, недостаточны. В данном случае, по-видимому, проявляется эффект Пастера, характеризующий ингибирование гликолиза при активации аэробного дыхания в нормально дифференцирующихся клетках [4].
Вместе с тем при исследовании активности метаболических ферментов лимфоцитов крови у лиц со вторичными иммунодефицитами, постоянно проживающих в средней полосе Сибири, также обнаружено снижение интенсивности гликолиза на фоне соответствующих компенсаторных процессов в цитоплазматическом компарт-менте [10]. Однако в иммунокомпетентных клетках лиц с иммунодефицитами не обнаружено активации аэробного дыхания. Снижение продукции АТФ в гликолизе и отсутствие активации метаболических процессов в митохондриях может привести к тому, что в случае антигенного воздействия лимфоциты не смогут также быстро, как при нормальном метаболизме, активировать свои функции и элиминировать антиген.
Установленное повышение аэробных энергетических процессов иммунокомпетентных клеток у здоровых адаптирующихся к климатогеографическим условиям Крайнего Севера людей соответственно определяет повышенную реактивность лимфоцитов. Однако метаболическая активация иммунокомпетентных клеток постоянно поддерживаться не может. Возможны два исхода подобного состояния клеток.
Во-первых, в случае наличия метаболических резервов - постепенное снижение активации аэробных процессов и приведение уровней внутриклеточных ферментов до необходимого диапазона региональной нормы. По-видимому, именно таким образом реализуется адаптационная реакция к новым экологическим условиям. Понятие “метаболические резервы” включает в себя наличие свободных субстратов для синтетических и энергетических реакций, постоянный приток интермедиатов из внеклеточной среды, а также четкую скоординированность метаболических реакций и взаимосвязей между клеточными компартментами.
Вторым результатом метаболической активации иммунокомпетентных клеток (в случае недостаточности метаболических резервов) является развитие недостаточности энергетических процессов и нарушение взаимосвязей как между отдельными внутриклеточными реакциями, так и между компартментами. Соответственно возможно развитие метаболической иммунодепрессии и срыв нормального адаптационного процесса.
При обследовании пришлых жителей различных регионов Крайнего Севера с проявлениями
вторичных иммунодефицитных состояний (хронические воспалительные заболевания верхних дыхательных путей на стадии ремиссии) обнаружено снижение активности НАДИЦДГ, НАДФМДГ, НАДФГДГ, НАДГДГ при повышении уровней анаэробной реакции ЛДГ (рис. 1). Подобное состояние метаболизма иммунокомпетентных клеток практически обратно выявленным у здоровых пришлых жителей Севера: ингибирование окислительно-восстановительных реакций митохондриального компартмента и предположительная активация гликолиза. Однако недостаточность аэробного дыхания может значимо отразиться на энергопродуцирующих функциях иммунокомпетентных клеток, что, соответственно, и приведет к развитию метаболической иммунодепрессии.
Следовательно, метаболический механизм развития иммунодефицитных состояний у лиц при адаптации к климатогеографическим условиям Крайнего Севера можно представить следующим образом (рис. 2). Адаптационный процесс вызывает активацию аэробного дыхания иммунокомпетентных клеток с увеличением уровня шунтирующих и вспомогательных реакций. Для усиления окислительно-восстановительных реакций гликолиза происходит отток субстратов с синтетических процессов (через инги-
Рис. 2. Метаболический механизм развития иммунодефицитных состояний у людей при адаптации к клима-то-географическим условиям Крайнего Севера
бирование Г6ФДГ) и повышается приток продуктов катаболизма липидов (через активацию Г3ФДГ).
Необходимо также отметить, что вспомогательные и шунтирующие реакции являются “аварийными” для внутриклеточного метаболизма [2]. Подобное состояние внутриклеточных обменных процессов не может поддерживаться длительно и определяется величиной метаболических резервов. В тех случаях, когда повышенные энергетические затраты компенсируются соответствующим притоком субстратов и не происходит разбалансировки метаболических взаимосвязей, активность энергетических процессов острого периода адаптации постепенно снижается, что и определяет, по-видимому, переход на стадию долговременной адаптации. Однако при недостаточности поступления субстратов в им-мунокомпетентные клетки происходит истощение субстратного пуля, нарушение взаимосвязей между внутриклеточными компартментами. В результате ингибирования энергетических реакций и нарушения взаимосвязей в метаболизме снижается реактивность иммунокомпетентных клеток, развивается иммунодефицитное состояние, которое можно определить как срыв адаптационной реакции.
Заключение. Таким образом, наши исследования позволили на основе анализа активности ряда НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ лимфоцитов крови установить метаболические механизмы нормально протекающей адаптации к климато-географическим условиям Крайнего Севера и срыва адаптационной реакции, проявляющейся в развитии иммунодефицитных состояний. Представленный механизм определяет необходимость разработки прежде всего метаболических методов терапии и профилактики развития иммунодепрессивных состояний при адаптационных процессах.
THE METABOLIC MECHANISM OF IMMUNO-DEPRESSION DEVELOPMENT WITH ADAPTATION TO CONDITIONS OF FAR NORTH
A.A. Savchenko, V.T. Manchouk
Researches of NAD(P)-dependent dehydrogenase activities in blood lymphocytes of the newcoming inhabitants of the Far North, healthy and with immunodeficiency, allow to suppose the metabolic mechanism of immunodep-ression development with adaptation to ecological conditions of the North. It is supposed, that the adaptation process causes the activation of aerobic reactions in immunocompetent cells with the increase of shunting and auxiliary dehydrogenase levels. The acute stage of adaptation proceeds to the long-term adaptation stage if increased levels of bioenergic processes compensate by the appropriate inflow of substrates and gradual decrease of energetic reaction activity. However, an exhaustion of substrate pool causes the inhibition of energetic processes in lymphocytes, disturbances of metabolic correlations and develops of immunodeficiency. The submitted mechanism determines the necessity of development of metabolic methods of therapy and prevention of immunodeficiency development with adaptation.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агаджанян Н.А., Ступаков Г.П., Ушаков И.Б. и др. Экология, здоровье, качество жизни (очерки системного анализа). Москва-Астрахань, 1996.
2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М., 1998.
3. Донцов В.И. // Физиология человека. 1998. Т. 24. №
I. С. 82-87.
4. Евтодиенко Ю.В., Теплова В.В. // Биохимия. 1996. Т. 61. Вып. 11. С. 1995-2004.
5. Казначеев В.П. Очерки теории и практики экологии человека. М., 1983.
6. Кузнецов С.И., Семенова И.В. // Патол. физиол. и эк-сперим. терапия. 1997. № 2. С. 27-29.
7. Новиков В.С. // Физиология человека. 1996. Т. 22. № 2. С. 25-34.
8. Покровский В.И. // Тер. архив. 1996. № 11. С. 5-7.
9. Савченко А.А., Сунцова Л.Н. // Лаб. дело. 1989. №
II. С. 23-25.
10. Савченко А.А., Шакина Н.А., Россиев Д.А. // Вопр. мед. химии. 1998. Вып. 3. С. 267-273.
11. Труфакин В.А., Шурлыгина А.В., Дергачева Т.И., Литвиненко Г.И. // Бюл. эксперим. биологии и медицины. 1995. Т. 119. №2. С. 181-183.
12. Чазов Е.И. // 1996. Т. 68. № 9. С. 7-9.
13. Hasford R.G., Zorov D. //Mol. Cell. Biochem. 1998. Vol. 184. № 1-2. P. 359-369.
14. Meade D., Chess C., Welborne T.C. // Am. J. Physiol. 1998. Vol. 274. P. 1616-1624.
15. Velot C., Mixon M.B., Teige M., Srere P.A. // Biochemistry. 1997. Vol. 47. P. 14271-14276.
