CC BY
22
УДК 612.017.1:612.57
Иммунология экзогенной гипертермии А. С. Соловьёв, О. Д. Просцевич
Смоленская государственная медицинская академия
В работе представлены материалы многолетних исследований авторов по влиянию экзогенной гипертермии на функции иммунной системы.
Высокая температура внешней среды является неблагоприятным физическим фактором, который часто действует на организм человека в естественных условиях, обстановке специфического производства и приводит к нарушению состояния различных органов и систем [2].
Методы исследования
В опытах использовали мышей-гибридов первого поколения (СВА-С57В1/6)Р1. Перегревание животных осуществлялось в тепловой камере при 43 - 44°С. Острое перегревание сводилось к однократному пребыванию животных в тепловой камере до ректальной температуры 42°С и стадии теплового удара (ректальная температура 43 - 43.5°С). Длительное прерывистое перегревание животных проводилось путем ежедневного пребывания мышей в камере в течение 20 мин. Животные подвергались тепловому воздействию 3, 5, 10, 20, 30, 40 дней. Ректальная температура при первом перегревании составляла в среднем 42°С. Для оценки клеточного иммунитета использовали определение пролиферативной активности клеток селезенки (КС) в ответ на стимуляцию аллоантигенами [1] и поликлональными Т-клеточными митогенами фитогемагглютинином (ФГА) и конканавалином А (КонА) [6]. Изучение гуморального иммунного ответа проводили при исследовании пролиферативной активности КС в ответ на стимуляцию В-клеточными митогенами липополисахаридом (ЛПС) и митогеном лаконоса (МЛ), а также числа антителообразующих клеток (АОК) в селезенке на 5-е сутки после введения антигена [8]. Регистрацию клеточного ответа осуществляли по включению 3Н-тимидина в ДНК пролиферирующих клеток с вычислением индекса стимуляции (ИС):
ис _ имп/ мин после стимуляции
Серии опытов при исследовании пролиферативного ответа КС и числа АОК составляли 6-15 животных. Определение колониеобразующих функций стволовых кроветворных клеток костного мозга определяли методом экзогенного клонирования [9]. Активность естественных киллерных клеток (ЕКК) селезёнки, определяли в цитотоксическом тесте по высвобождению 51Сг из меченых клеток мышиной Т-клеточной лимфомы 1ЛС-1 [4]. Фагоцитарную активность перитонеальных макрофагов определяли по отношению к золотистому стафилококку штамм 209 в условиях культуры клеток [5]. Учитывали процент участвующих в фагоцитозе макрофагов (фагоцитарное число — ФЧ), число бактерий, содержащихся в 1 макрофаге (фагоцитарный индекс — ФИ). Завершенность фагоцитоза определяли по убыли внутриклеточных бактерий через 90 мин после инкубации и выражали в процентах (индекс завершенности фагоцитоза — ИЗФ). Продукцию лимфоцитактивирующих факторов (ЛАФ) макрофагами определяли по способности супернатантов инкубированных клеток оказывать комитогенное действие на пролиферативную активность тимоцитов мышей, стимулированных субоптимальной дозой конканавалина А [7].
Результаты исследования
При остром перегревании животных до ректальной температуры 42°С наблюдалось повышение способности КС отвечать на стимуляцию аллоантигенами и Т-клеточными митогенами ФГА и КонА, а также митогеном лаконоса (табл.1). Повышалась функциональная активность перитонеальных макрофагов, на что указывало увеличение ФЧ, ФИ и секреции ЛАФ макрофагами при стимуляции клеток липополисахаридом (табл. 2).
Таблица 1. Пролиферативный ответ КС, число АОК, содержание колониеобразующих единиц селезёнки, активность естественных киллеров при остром перегревании (М ± т)
Показатель Серия опытов
Перегревание до 42° С Перегревание до теплового удара
контроль опыт контроль опыт
Пролиферативный ответ на:
ФГА 6.53±0.41 9.61±0.92* 9.85±0.47 1.37±0.26*
Кон А 13.03±0.71 17.41±1.70* 18.01±0.59 2.06±0.56*
Аллоантигены 37.00±4.78 71.89±13.35* 58.72±19.24 6.09±4.15*
ЛПС 3.07±0.34 3.82±0.54 4.94±0.55 1.13±0.17*
МЛ 3.95±0.30 5.13±0.40 7.33±0.69 1.35±0.16*
Число АОК на 106 КС 433.6±22.3 462.8±40.1 383.0±56.7 209.1±23.9*
КОЕ (с) 16.45±1.01 16.63±0.77 16.45±1.01 9.09±0.45*
ЕКК 22.00±1.50 8.70±1.20* 22.00±1.50 5.70±1.50*
Примечание. Здесь и в табл.3 данные о пролиферативной активности представлены в индексах стимуляции. Результаты экзогенного клонирования представлены количеством макроколоний на селезенку. Результаты активности ЕКК представлены в виде ИЦ (в %). * — различия достоверны по сравнению с контролем.
Перегревание мышей до теплового удара сопровождалось резким подавлением пролиферативной активности КС в ответ на стимуляцию Т- и В-клеточными митогенами, аллоантигенами, цитотоксической активности ЕКК и уменьшением количества АОК в селезенке. Тепловой удар приводил к подавлению фагоцитарной активности макрофагов, снижались ФЧ, ФИ и ИЗФ. Депрессия функциональной активности клеточных популяций при тепловом ударе является в значительной степени результатом непосредственного цитотоксического действия высокой температуры на клетки.
Тепловой удар индуцирует продукцию макрофагами мышей лимфоцитактивирующих факторов, важнейшим компонентом которых является ИЛ-1. Этот эффект, по-видимому, опосредуется тепловым стрессом, поскольку различные виды стресса оказывают стимулирующее влияние на продукцию ЛАФ, в том числе интерлейкина-1, макрофагами [3].
Табл. 2. Фагоцитарная и ЛАФ-активность макрофагов при остром перегревании животных (М ± т)
Показатель Перегревание до 42° С Перегревание до теплового удара
контроль опыт контроль опыт
ФЧ 90.88±0.58 95.00±0.65* 88.62±0.98 74.25±2.73*
(8) (8) (8) (8)
ФИ 2.99±0.09 3.59±0.14* 2.94±0.09 1.77±0.14*
(8) (8) (8) (8)
ИЗФ 38.9±4.14 44.9±2.25 38.0±4.37 5.21±2.12*
(8) (8) (8) (8)
Л А Без стимуляции (.ПК) 2240±66.75 (7) 2135±43.80 (7) 2224±98.47 (8) 3408±406.29* (8)
4635±120.3 7106±186.76* 4606±143.45 8557±464.28*
Ф После стимуляции
(ЛПС)
(7) (7) (7) (9)
Примечание. Здесь и в табл.4 ФЧ - фагоцитарное число, ФИ - фагоцитарный индекс, ИЗФ - индекс завершенности фагоцитоза, ЛАФ-активность представлена в имп/мин, */ - различия достоверны по сравнению с контролем, в скобках - число животных в группе.
Длительное прерывистое перегревание животных характеризовалось изменением функциональной активности лимфоцитов и макрофагов, степень и направленность которого зависела от срока перегревания (табл.3, 4). Прерывистое перегревание мышей в течение 3 суток не приводило к явным нарушениям реакций клеточного и гуморального иммунитета. Однако выявлено подавление цитотоксической активности естественных киллеров, снижение ФЧ и ФИ.
Таблица 3. Пролиферативный ответ КС, число АОК, содержание колониеобразующих единиц селезёнки, активность ЕКК при длительном прерывистом перегревании (М ± т)
Показатель Срок исследований, сут.
3 5 10
контроль Опыт контроль опыт контроль опыт
Пролиферативный ответ ФГА 11.17±1.08 14.67±1.61* 4.88±0.66 7.85±1.81 11.85±1.66 6.83±1.45*
КонА 10.79±0.93 12.56±1.09 11.38±1.52 13.49±1.84 22.34±2.22 12.49±1.93*
Аллоантигены 14.72±2.42 20.48±4.37 12.85±3.97 19.27±3.29 54.16±9.47 28.59±7.47*
ЛПС 2.82±0.29 3.17±0.30 3,17±0.36 3.36±0.35 3.71±0.18 1.62±0.15*
МЛ 5.02±0.33 6.29±0.91 4.55±0.58 4.89±0.34 5.66±0.46 3.80±0.18*
Число АОК на 106 КС 499.0±29.3 579.8±33.1 571.0±48.5 317.0±92.8* 494.6±21.6 З67.6±55.9*
КОЕ (с) 20.30±1.29 21.00±1.06 20.30±1.29 18.8±1.34 16.18±0.87 16.60±1.21
ЕКК 22.00±1.50 7.20±1.50* 22.00±1.50 8.70±1.50* 22.00±1.50 16.80±2.10*
Показатель 20 30 40
контроль Опыт контроль опыт контроль опыт
Пролиферативный ответ ФГА 5.68±0.33 4.52±0.31* 6.94±1.33 5.40±0.50 13.83±2.19 13.69±2.24
КонА 17.45±1.12 12.25±1.50* 13.68±1.37 8.48±0.84* 25.49±3.58 21.06±3.82
Аллоантигены 30.70±5.40 15.07±4.81* 39.58±8.43 9.17±4.10* 55.35±20.04 48.97±15.48
ЛПС 3.49±0.28 2.29±0.31* 3.41±0.25 2.51±0.24* 6.04±0.83 4.63±0.75
МЛ 5.33±0.41 3.19±0.26* 5.83±0.37 5.01±0.21* 4.79±0.23 4.97±0.72
Число АОК на 106 КС 570.4±66.2 174.7±38.1* 445.0±29.7 431.6±24.8 393.8±25.6 420.8±16.5
КОЕ (с) 16.18±0.87 15.40±0.92 15.50±1.09 16.75±1.09 15.50±1.09 16.30±0.86
ЕКК 22.00±1.50 20.60±1.70 22.00±1.50 21.40±0.50
Перегревание мышей в течение 5 суток сопровождалось уменьшением числа АОК в селезенке, подавлением цитотоксической активности ЕКК селезенки. 5 - дневное перегревание животных характеризовалось уменьшением ФЧ, ФИ и ИЗФ макрофагов, а также способности перитонеальных макрофагов продуцировать ЛАФ.
Влияние высокой внешней температуры на животных в течение 10 и 20 дней приводило к развитию выраженной иммуносупрессии, к депрессии фагоцитарной активности макрофагов, о чем свидетельствовало угнетение пролиферативной активности КС в ответ на стимуляцию митогенами и аллоантигенами, уменьшение числа АОК в селезенке, снижение ФЧ, ФИ и ИЗФ. Десяти- и двадцатидневное перегревание приводило к угнетению продукции ЛАФ перитонеальными макрофагами. Через 10 дней от начала перегревания оставалась сниженной литическая активность ЕКК селезенки животных.
Таблица. 4. Фагоцитарная и ЛАФ-активность макрофагов при длительном перегревании животных (М ± т)
Срок наблюдений, сут
Показатель 3 5 10
контроль Опыт контроль опыт контроль опыт
ФЧ 91,25±0,53 (8) 87,25 ± 1,51* (8) 90,00 ± 0,38 (8) 84,25 ± 0,79* (8) 88,75 ± 0,37 (8) 66,25 ±1,44* (8)
ФИ 2,69 ±0,05 (8) 2,26 ±0,15* (8) 2,79 ± 0,08 (8) 1,62 ± 0,06* (8) 2,69 ± 0,04 (8) 1,00 ± 0,04* (8)
ИЗФ 44,7±2,2 (8) 40,1 ± 4,4 (8) 48,2 ± 2,38 (8) 17,4 ± 3,69* (8) 43,7±1,17 (8) 18,7 ± 3,54* (8)
Л А Ф Нестимулированные ЛПС 2302±88.7 (8) 2295±98.2 (8) 2302±88.7 (8) 2235±97.7 (8) 2427±103 (8) 2305±75.5 (8)
Стимулированные ЛПС 4259±158 (7) 3836±253 (8) 4259±158 (7) 2786±141* (8) 4341±91 (8) 2171±8* (8)
Показатель 20 30 40
контроль Опыт контроль опыт контроль опыт
ФЧ 90,00 ±0,53 (8) 80,75 ±0,84* (8) 91,25 ±0,52 (8) 88,50 ± 0,32* (8) 89,00 ± 0,37 (8) 87,75 ± 0,59 (8)
ФИ 2,58 ±0,09 (8) 1,44 ±0,05* (8) 2,94 ±0,17 (8) 1,67 ± 0,08* (8) 2,48 ± 0,05 (8) 2,53 ± 0,12 (8)
ИЗФ 37,3 ± 1,02 (8) 21,5 ± 1,52* (8) 46,0 ± 3,03 (8) 27,3 ± 3,27* (8) 42,2 ± 1,98 (8) 45,0 ± 3,13 (8)
Л А Ф Нестимулированные ЛПС 2427±103 (8) 2292±67.5 (8) 2259±91.5 (8) 2117±184 (7) 2259±184 (8) 2340±113 (6)
Стимулированные ЛПС 4341±91 (8) 2267±149* (8) 4531±357 (7) 3019±185* (8) 4531±357 (7) 4476±121 (6)
Перегревание мышей в течение 30 дней сопровождалось восстановлением некоторых реакций иммунитета. Так не отмечалось изменений количества АОК в селезенке, восстанавливался пролиферативный ответ КС на стимуляцию ФТА, сохранялась на уровне контроля цитотоксическая активность ЕКК селезенки. В то же время через 30 дней от начала перегревания животных оставалась сниженной пролиферативная активность КС в ответ на стимуляцию аллоантигенами, КонА, ЛПС, митогеном лаконоса, фагоцитарная функция перитонеальных макрофагов и продукция ЛАФ макрофагами.
В процессе длительного прерывистого перегревания животных иммунологические реакции, функции перитонеальных макрофагов восстанавливались по мере адаптации животных к дозированному тепловому воздействию. Об этом свидетельствовало возвращение к норме пролиферативной активности клеток селезенки в ответ на стимуляцию В- и Т-клеточными митогенами, фагоцитарной активности макрофагов и способности их продуцировать лимфоцитактивирующие факторы, а также сохранение на уровне контроля числа АОК, цитотоксической активности ЕКК селезенки через 40 дней от начала перегревания.
Восстановление функций иммунной системы и системы мононуклеарных фагоцитов коррелировало по времени с уменьшением уровня гипертермии тканей организма, развивающейся при тепловом воздействии. Подъем ректальной температуры у животных при 40-дневном перегревании снижался в среднем на 2°С по сравнению с первым тепловым воздействием.
Таким образом, действие на организм высокой температуры внешней среды приводит к существенным изменениям иммунологических реакций и функции макрофагов. Наблюдаемые изменения следует рассматривать, по-видимому, как результат стрессорного воздействия перегревания на организм и как следствие непосредственного повреждающего влияния гипертермии на ткани. Начальный период однократного воздействия теплового фактора характеризуется повышением функциональной активности лимфоцитов и макрофагов на фоне острой стресс-реакции, характеризующейся мобилизацией защитных сил организма. Более длительное действие тепла приводит к развитию теплового удара, сопровождающегося резким нарушением функции иммунокомпетентных клеток. В процессе длительного прерывистого перегревания формирование устойчивой долговременной адаптации животных к тепловому воздействию сопровождается восстановлением функций иммунной системы. В восстановлении иммунологических реакций организма в процессе тепловой адаптации определяющую роль играет, очевидно, сохранение функционирования стволовых кроветворных клеток костного мозга - предшественников иммуноцитов и значительное уменьшение степени гипертермии тканей при тепловой тренировке.
Литература
2. Брондз Б.Д., Хачикян Г.И., Дризлих Г.Н., Андреев А.В. Торможение иммунными лимфоцитами активации синтеза ДНК в смешанных культурах нормальных лимфоцитов// Бюлл. эксперим. биол. мед. - 1977. - 83 - № 6 - С. 723 - 725.
3. Козлов Н.Б. Термоустойчивость гомойотермного организма: биохимические механизмы, пути повышения. - Смоленск, 1992. - 115 с.
4. Корнева Е.А., Шанин С.Н., Рыбакина Е.Г. Интерлейкин - 1 в реализации стресс-индуцированных изменений функций иммунной системы// Российский физиол. журнал им И.М.Сеченова. - 2000. - № 3. - С. 292 - 302.
5. Сухих Г.Т., Меерсон Ф.З., Ванько Л.В., Фукс Б.Б. Анализ механизмов снижения активности естественных киллеров после иммобилизационного стресса// Вестн. Акад. мед. наук СССР. - 1983. - № 11. - С. 16 - 20.
6. Фомина В.Г., Давыдов Т.В., Евсеев В. А. Взаимосвязь нарушений фагоцитарной активности перитонеальных макрофагов с развитием повышенной чувствительности к этанолу при хронической алкогольной интоксикации у животных с разным уровнем предрасположенности к потреблению алкоголя// Патологическая физиология и экспер. терапия. - 1988. - № 2. - С. 55-58.
7. Хоробрых В.В., Пронин А.В., Коркин А.Ф., Санин А.В. Методы постановки реакций бласттрансформации в микромодификации// Иммунология. - 1983 -№ 3 - С. 76 - 79.
8. Шанин С.Н. Изменения резистентности организма при стрессе и их коррекция фитопрепаратами: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. -СПб., 1996. - 22 с.
9. Jarne N.K., Nordin A.A. Plaque formation in agar by single entibody-producing cells// Science. - 1963. - V. 140. - № 3565. - Р. 405 - 406.
10. Till J.E., McCulloch E.A. A direct measurement of the radiation sensivity of normal mouse bone marrow cells// Radiation Res. - 1961. - V. 14. - № 2. - P. 213 - 222.
