CC BY
45
УДК 612.82/83-612.017.1
О. В. Сорокин
НЕЛИНЕЙНЫЙ ХАРАКТЕР ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ АКТИВНОСТЬЮ ОТДЕЛОВ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ И ПАРАМЕТРАМИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИМИ СОСТОЯНИЕ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ У ЗДОРОВЫХ ДЕТЕЙ МЛАДШЕГО ПОДРОСТКОВОГО ВОЗРАСТА
ГУ НИИ клинической иммунологии СО РАМН
Изучена связь конституционально-фоновых особенностей вегетативной регуляции с характеристиками иммунного статуса у здоровых детей младшего подросткового возраста. Прослежена ассоциация между количеством и функциональными свойствами мононуклеаров периферической крови и раздельно — симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы, что позволило в дальнейшем дифференцировать их влияния в рамках нейроиммунных взаимодействий.
Ключевые слова: подростки, вегетативная регуляция, иммунограмма, нейроиммунные взаимодействия.
Введение
Среди здоровых детей существует иммунологическая разнородность, проявляющаяся не только в различии количества мононуклеаров в периферической крови, но и в гетерогенности иммунологической реактивности в целом. Основная теория, объясняющая это положение, — существование разнородности в генетической детерминации функций иммунной системы [1]. Вместе с тем данные о существовании нейроиммунных связей [2-8], модуляции экспрессии генов, определяющих дифференци-ровку, пролиферацию и эффекторные функции лимфоцитов со стороны нейромедиаторов [9] и регуляции иммунного ответа нервной системой в целом [10], свидетельствуют о возможности существования и других механизмов регуляции иммунологической реактивности, связанных с субординирующими влияниями нейромедиа-торных систем центральной нервной системы. С учетом изложенного выше, целью настоящей работы является характеристика иммунологических показателей у здоровых детей в младшем подростковом возрасте с различной активностью отделов вегетативной нервной системы (ВНС).
Методы
Обследовано 110 подростков общеобразовательных учреждений г. Новосибирска (мальчиков — 62 (56,3 %), средний возраст 12,3±0,3 года; девочек — 48 (43,7 %), средний возраст
12,3±0,3 года, вне наступления менархе). Право на обследование ребенка юридически закреплялось письменным информированным согласием родителя. Протокол обследования соответствовал этическим стандартам и был разрешен комитетом по этике ГУ НИИ клинической иммунологии СО РАМН. Основным критерием отбора являлось отсутствие соматических и психических заболеваний.
Иммунофенотипирование проводилось методом проточной цитофлюориметрии с помощью аналитической системы FACS Calibur (Beckton Dickinson, США) с использованием моноклональных антител («Сорбент», «МедБиоСпектр», Москва) к субпопуляциям мононуклеаров периферической крови: CD3+-, CD4+-, CD8+-, CD16+-, CD20+-лимфоцитам и HLADR+-моноцитам.
Активность отделов вегетативной нервной системы оценивалась методом кардиоинтерва-лографии по стандартной методике [11, 12]. Запись проводилась в условиях, соответствующих требованиям, описанным в руководствах по изучению вегетативной нервной системы и основного обмена [13].
Математический анализ проводился с использованием статистических пакетов SPSS 12.0 for Windows (SPSS Inc., USA), STATISTICA 6.0 for Windows (Stat Soft, USA). В таблицах и гистограммах для физиологических параметров, имеющих нормальное распределение, использо-
Таблица 1
Корреляционные взаимоотношения между иммунологическими и вегетативными параметрами у подростков
Параметр RR Amo ИН TP VLF VLFper LFper LFnu HFnu HFper LF/HF
Абс. кол-во лимфоцитов 0,24*
CD3+, кл/мкл 0,23* 0,26* -0,23*
CD8+, кл/мкл -0,25* -0,31** 0,34** 0,31** -0,33**
CD8+/DR -0,26* 0,34** 0,32** -0,31* -0,29* 0,24* 0,32** -0,34** -0,29* 0,33**
CD20+, % 0,23* 0,23* -0,25* -0,24*
CD16+, кл/мкл -0,23* 0,25* 0,26* -0,25*
Моноциты HLADRhigh 0,26*
Примечание. Связь между переменными оценивалась с использованием коэффициента линейной корреляции Пирсона r и рангового коэффициента корреляции Спирмена R; * - p<0,05 (two-tailed); ** - p<0,01 (two-tailed).
вали значения средней и 95 %-го доверительного интервала для средней (М±ДИ), для параметров, имеющих отклонение от нормального распределения, — значения медианы и интеркван-тильного размаха (Ме ^0-и0)). Нормальность распределения оценивали с использованием W критерия Шапиро - Вилка.
Результаты исследований
Анализ характера и силы связи между иммунологическими и вегетативными параметрами выявил определённые закономерности (см. таблицу 1).
Повышение нормализованной мощности спектра в высокочастотном диапазоне (наблюдаемое при усилении парасимпатической активности) сопровождается увеличением абсолютного количества CD8+-лимфоцитов в периферической крови (рис. 1). При этом связь между данными параметрами имеет нелинейный характер. У
детей в диапазоне значений HFnu более 50 % наблюдается прямая зависимость, когда более высокой мощности HFnu соответствует более высокое абсолютное количество CD8+-лимфо-цитов. В то же время в интервале HFnu менее 50 % прослеживается обратная зависимость.
Повышение нормализованной мощности спектра в низкочастотном диапазоне (наблюдаемое при усилении симпатической активности) сопровождается уменьшением абсолютного количества CD8+-лимфоцитов в периферической крови (рис. 2). При этом связь между данными параметрами носит нелинейный характер. У детей в диапазоне значений LFnu менее 50 % наблюдается обратная зависимость, когда более высокой мощности LFnu соответствует более низкое абсолютное количество CD8+-лимфоци-тов. В то же время, в интервале LFnu более 50 % прослеживается прямая зависимость.
1200
1000
5 800 2
600
400
200
10 20 30
40 50
LFnu,
60 70 80 90 100
Рис. 1. Характер сопряжения абсолютного количества CD8+-лимфоцитов и нормализованной мощности спектра в высокочастотном диапазоне (HFnu) у подростков
Рис. 2. Характер сопряжения абсолютного количества CD8+-лимфоцитов и нормализованной мощности спектра в низкочастотном диапазоне (LFnu) у подростков
Кроме того, с увеличением мощности высокочастотного диапазона, т. е. парасимпатической активности (HFnu, HFper, LF/HF), повышается абсолютное количество CD3+-лимфоцитов (см. таблицу 1).
В отношении количества экспрессирующих HLA DR CD8+-лимфоцитов наблюдаются противоположные закономерности с указанными диапазонами мощности спектра нейрогуморальной регуляции. Так, повышение нормализованной мощности спектра в высокочастотном диапазоне (наблюдаемое при усилении парасимпатической активности) сопровождается уменьшением количества HLA DR CD8+-лимфоцитов в периферической крови (рис. 3). При этом связь между данными параметрами имеет нелинейный
НТпи, %
Рис. 3. Характер сопряжения количества экспрессирующих HLADR CD8+-лимфоцитов от нормализованной мощности спектра в высокочастотном диапазоне (HFnu) у подростков
а.
о
о
о
LFnu, %
Рис. 4. Характер сопряжения количества экспрессирующих HLADR CD8+-лимфоцитов от нормализованной мощности спектра в высокочастотном диапазоне (HFnu) у подростков
характер. У детей в диапазоне значений HFnu менее 70 % наблюдается обратная зависимость, когда более высокой мощности HFnu соответствует более низкое количество экспрессирующих HLADR CD8+-лимфоцитов. В то же время в интервале HFnu более 70 % данная закономерность не прослеживается.
Повышение нормализованной мощности спектра в низкочастотном диапазоне (наблюдаемое при усилении симпатической активности) сопровождается увеличением количества HLA DR CD8+-лимфоцитов в периферической крови (рис. 4). При этом связь между данными параметрами носит нелинейный характер. У детей в диапазоне значений LFnu более 30 % наблюдается прямая зависимость, когда более высокой мощности LFnu соответствует более высокое количество экспрессирующих HLADR CD8+-лимфоцитов. В то же время в интервале LFnu менее 30 % данная закономерность не прослеживается.
Показано, что относительное количество CD20+-лимфоцитов увеличивается при усилении уровня основного обмена (мощности спектра в очень низкочастотном (рис. 5) и низкочастотном (рис. 6) диапазонах) и снижается при усилении мощности в высокочастотном диапазоне (рис. 7), что свидетельствуюет об усилении парасимпатических влияний. При этом связь между данными параметрами имеет нелинейный характер. У детей в диапазоне значений VLFper более 50 % наблюдается прямая зависимость, когда более высокой мощности VLFper соответствует более высокое количество CD20+-лимфоцитов. В то же
Рис. 5. Характер сопряжения количества CD20+-лимфоцитов с относительной мощностью спектра в очень низкочастотном диапазоне (VLFper) у подростков
время в интервале VLFper менее 50 % прослеживается обратная зависимость (см. рис. 5).
В диапазоне значений HFper менее 60 % наблюдается обратная зависимость, когда более высокой мощности HFper соответствует более низкое количество CD20+-лимфоцитов. В то же время в интервале HFper более 60 % прослеживается прямая зависимость (см. рис. 7).
Уровень экспрессии HLADR+ на моноцитах сопряженно увеличивается при усилении активности парасимпатических структур (рис. 8). При этом в диапазоне значений длительности RR интервала более 700 мс (ЧСС = 8 5уд/мин) наблюдается прямая зависимость, когда увеличению длительности сердечного цикла соответствует более высокий уровень экспрессии HLADR+ на моноцитах. В то же время в интервале значений длительности RR интервала менее 700 мс данная закономерность не прослеживается (рис. 8).
Абсолютное количество СБ16+-лнмфоцитов увеличивается при повышении мощности спектра в высокочастотном диапазоне (HFnu, HFper) и снижается при повышении мощности спектра в низкочастотном диапазоне (LFnu) (см. табл. 1).
Таким образом, сопряженность между иммунологическими показателями и активностью отделов ВНС имеет дифференцированный характер. В общей группе количественные показатели, характеризующие клеточное звено иммунной системы (CD3+, CD8+), снижаются при усилении симпатических влияний и повышаются при повышении парасимпатических. При этом количество экспрессирующих HLADR CD8+-лимфоцитов повышается при усилении надсег-ментарных симпатических влияний и снижается при усилении парасимпатических. Зависимость
Рис. 6. Характер сопряжения количества CD20+-лимфоцитов с нормализованной мощностью спектра в низкочастотном диапазоне (LFnu) у подростков
между количественными и функциональными показателями, характеризующими клеточное звено иммунной системы и активность отделов ВНС, носит нелинейный характер. Полученные данные свидетельствуют о том, что повышение количества CD20+-лимфоцитов обусловлено со снижением парасимпатической и повышением симпатической активности. Уровень экспрессии HLADR+ на моноцитах прямо сопряжен с парасимпатическими влияниями. Повышение количества CD16+-лимфоцитов связано с одновременным усилением парасимпатической и уменьшением симпатической активности.
Обсуждение
Попытаемся сопоставить результаты нашего исследования с литературными данными. Поскольку лимфоидные органы имеют, по-видимому, исключительно симпатическую иннервацию [9], остановимся на эффектах катехоламинов.
HFper, %
Рис. 7. Характер сопряжения количества CD20+-лимфоцитов с относительной мощностью спектра в высокочастотном диапазоне (HFper) у подростков
Рис. 8. Характер сопряжения уровня экспрессии HLADR+ на моноцитах с длительностью сердечного цикла (RR-интервала) у подростков
Несмотря на то что ацетилхолин в следовых количествах присутствует в периферической крови, его роль большинством авторов сводится к парак-ринной регуляции Т-зависимых форм иммунного ответа, причем основным источником ацетилхо-лина плазмы являются сами Т-лимфоциты.
Можно предположить, что снижение количества CD3+-, CD4+-, СВ8+-лимфоцитов и повышение количества CD20+-лимфоцитов при высоком симпатическом тонусе у детей являются закономерным следствием дифференцированного действия основного симпатического медиатора норадреналина на баланс Th4/Th2 на уровне лимфоидных органов. Для того чтобы определить системные закономерности влияния катехоламинов на субпопуляции мононуклеаров, необходимо проследить их действие от антигенпрезентирую-щих клеток (АПК) до эффекторных клеток.
Показано, что норадреналин и адреналин тормозят продукцию IL-12 в культуре мононуклеаров человека, стимулированных LPS [9]. Этот эффект опосредован стимуляцией Р-адренорецепторов (p-ARs) на моноцитах. Кроме того, неселективные Р- и селективные Р2-агонисты тормозят продукцию IL-12 моноцитами и дендритными клетками в условиях как in vitro, так и in vivo [14, 15]. Поскольку IL-12 необходим для повышения IFN-y и снижения IL-4 секреции Th клетками, торможение продукции IL-12 может являться основным механизмом, посредством которого катехоламины влияют на баланс Th1/Th2 через АПК. При этом, угнетая продукцию провоспалительных цитокинов, катехоламины способны повышать продукцию Т^-цитокинов. Так, продукция IL-10, индуцируемая LPS в человеческих моноцитах и мышиных перитониальных макрофагах, потенцируется норадреналином, адреналином, дофамином и Р2-агонистами. Этот эффект опосредуется через P2-ARs и зависит от цАМФ-про-теинкиназы А (cAMP-PCA) сигнального пути [9, 16, 17]. Резюмируя сказанное выше, можно предполагать, что катехоламины «направляют» иммунный ответ по Т^-типу.
Установленный факт, что P2-ARs экспрессируются исключительно на Thj-клетках, но не на Т^-клетках [18], объясняет механизмы, посредством которых катехоламины оказывают дифференцированное действие на функции Thj/Th2. Важно отметить, что и у человека, и у лабораторных животных агонисты P2-AR тор-
мозят продукцию INF-Y ТЬ4-лимфоцитами, но не влияют на продукцию ^-4 ТЬ2-клетками [18, 19]. Более того, уровень сАМР увеличивается в ТЬ4-клетках при экспозиции с тербуталином (агонистом P2-AR), но не в ТЬ2-клетках, хотя аденилатциклаза присутствует и функционирует в клетках обоих типов [18]. В дополнение к сказанному заметим, что изопротеренол — агент, активирующий цАМФ-протеинкиназа С сигнальный путь, тормозит продукцию ^-2 Т-лимфоцитами и снижает на них экспрессию рецепторов к ^-2 [20].
Снижение катехоламинами продукции ^-12 АПК и INF-г и ^-2 ТЬ1 при сопутствующей стимуляции продукции ^-10 АПК выражается в дифференцированном торможении функции и пролиферации ТЬ4-клеток, проявляющейся в данном случае в снижении количества CD3+-, CD4+-, СВ8+-лимфоцитов. Повышение количества CD20+-лимфоцитов в периферической крови у симпатотоников может быть следствием стимуляции ТЬ2-функций.
Полученные нами результаты не противоречат имеющимся в литературе и в значительной степени дополняют их в рамках системного подхода. Обобщая данные о влиянии катехоламинов, можно утверждать, что они дифференцированно тормозят функции ТЬ4 и развитие клеточного иммунного ответа, но при этом стимулируют ТЬ2-функции и гуморальный иммунный ответ.
Таким образом, предложенная модель позволяет на системном уровне дифференцированно оценить участие надсегментарного и сегментарного аппарата ВНС в иммунорегуляции. Прослежен характер взаимодействия между уровнем вегетативной регуляции и иммунологическими параметрами в норме, что позволяет в дальнейшем провести сопоставление данных с нейроиммунологическими изменениями при иммунопатологических заболеваниях.
Выводы
Относительно низкое количество Т-лимфоци-тов (CD3+, CD8+) и более высокое количество CD8+/DR+-, и CD20+-лимфоцитов обусловлены повышенной симпатической активностью у подростков; напротив, более высокое количество CD3+-, CD8+-лимфоцитов, уровень экспрессии HLADR+ на моноцитах и одновременно низкое количество CD20+- и CD8+/DR+-лимфоцитов сопутствуют высокой парасимпатической актив-
ности, что свидетельствует о дифференцированном соответствии между количеством / функцией мононуклеаров периферической крови и активностью симпатического/парасимпатического отделов ВНС у детей.
Кроме того, нами впервые показано существование нелинейных взаимоотношений между активностью отделов ВНС и конкретными лимфоидными субпопуляциями, что, по-видимому, отражает истинный биологический характер взаимодействия между нервной и иммунной системами. Нелинейный характер взаимоотношений, на наш взгляд, связан с разным уровнем экспрессии рецепторов к нейротрансмиттерам на клетках, который определяется степенью активности отделов ВНС.
NON-LINEAR RELATIONSHIP BETWEEN THE ACTIVITY OF AUTONOMIC NERVOUS SYSTEM DEPARTMENTS AND THE QUANTITATIVE AND FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF PERIPHERAL BLOOD MONONUCLEAR CELLS FROM HEALTHY ADOLESCENTS O. V. Sorokin
This paper examined the relationship between constitutional vegetative regulation of the immune system among healthy adolescents. It has been shown that the relationship between the active autonomic nervous system departments and the quantitative and functional characteristics of peripheral blood mononuklearov is non-linear. In our view non-linear relationships related to the expression of neurotransmitter receptors on the cells which is determined by the degree of activity of autonomic nervous system.
Литература
1. Стефани Д. В. Клиническая иммунология и иммунопатология детского возраста / Д. В. Стефани, Ю. А. Вельтищев. - М., 1996. - 384 с.
2. Высшая нервная деятельность и иммунитет /
B. В. Абрамов, Т. Я. Абрамова, Д. Н. Егоров и др. -Новосибирск, 2001. - 123 с.
3. Сорокин О. В., Кожевников В. С., Абрамов В. В. Взаимосвязи между показателями иммунитета, особенностями темперамента и уровнем психического здоровья // Материалы 4-го Сиб. физиол. съезда, 2-4 июля 2002 г. Новосибирск, 2002. - С. 90.
4. Сорокин О. В., Маркова Е. В., Абрамов В. В. и др. Роль вегетативной нервной системы в иммунорегуляции у детей // Нейроиммунология. - 2004. - Т. II, № 1. -
C. 45-48.
5. Сорокин О. В. Иммунологические показатели у детей младшего подросткового возраста с различным
психофизиологическим статусом: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. - Новосибирск, 2004. - 22 с.
6. Маркова Е. В., Абрамов В. В., Короткова Н. А. и др. Модуляция исследовательского поведения у мышей при активации клеточного звена иммунного ответа // Бюл. эксперим. биологии и медицины - 2001. - Т. 132, -№ 10. - С. 424-426.
7. Маркова Е. В., Абрамов В. В., Повещенко А. Ф. и др. Модуляция ориентировочно-исследовательского поведения у мышей в процессе развития гуморального иммунного ответа // Бюл. эксперим. биологии и медицины. - 2002. - Т. 133, - № 5. - С. 534-536.
8. Абрамова Т. Я. Характеристика иммунной системы у здоровых людей с разными показателями высшей нервной деятельности: Автореф. дис. . д-ра мед. наук -Новосибирск, 2004. - 39 с.
9. Elenkov I. J., Wilder R. L., Chrousos G. P., Vizi E. S. The sympathetic nerve - an integrative interface between two supersystems: the brain and the immune system // Pharmacol. Rev. - 2000. - V. 52. - P. 595-638.
10. Девойно Л. В. Серотонин-, дофамин- и ГАМК-ергические системы мозга в нейроиммуномодуляции. Иммунофизиология / Л. В. Девойно. - СПб., 1993. -С. 201-242.
11. Баевский Р. М., Иванов Г. Г., Чирейкин Л. В. и др. Анализ вариабельности ритма при использовании различных электрокардиографических систем: методические рекомендации // Вестн. аритмологии. - 2001. - № 24. -
C. 1-23.
12. Сорокин О. В., Маркова Е. В., Труфакин С. В. и др. Факторный анализ параметров вегетативной регуляции сердечного ритма у детей // Бюл. Сиб. отд-ния РАМН. - 2004. - № 1. - C. 32-39.
13. Вейн А. М. Вегетативные расстройства. Клиника, диагностика, лечение / А. М. Вейн. - М., 1998. - С. 749.
14. Panina-Bordignon P., Mazzeo D., Lucia P. D., et al. Beta2-agonists prevent Th1 development by selective inhibition of interleukin 12 // J. Clin. Invest. - 1997. -V. 100. - P. 1513-1519
15. Hasko G., Nemeth Z. H., Szabo C., et al. Isoproterenol inhibits Il-10, TNF-alpha, and nitric oxide production in RAW 264.7 macrophages // Brain Res. Bull. - 1998. -Vol. 45. - P. 183-187
16. Suberville S., Bellocq A., Fouqueray B., et al. Regulation of interleukin-10 production by beta-adrenergic agonists // Eur. J. Immunol. - 1996. -Vol. 26. -P. 2601-2605.
17. Siegmund B., Eigler A., Hartmann G., et al. Adrenaline enhances LPS-induced IL-10 synthesis: Evidence for protein kinase A-mediated pathway // Intern. J. Immuno-pharmacol. - 1998. - Vol. 20. - P. 57-69.
18. Sanders V. M., Baker R. A., Ramer-Quinn D. S., et al. Differential expression of the beta2-adrenergic receptor by Th1 and Th2 clones: Implications for cytokine production and B cell help // J. Immunol. - 1997. - Vol. 158. -P. 4200-4210.
19. Borger P., Hoekstra Y., Esselink M.T., et al. Beta-adrenoceptor-mediated inhibition of IFN-gamma, IL-3, and GM-CSF mRNA accumulation in activated human T lymphocytes is solely mediated by the beta2-adrenoceptor subtype // Amer. J. Respir. Cell Mol. Biol. - 1998. -Vol. 19. - P. 400-407.
20. Feldman R. D., Hunninghake G. W., McArdle W. L. Beta-adrenergic-receptor mediated suppression of interleukin 2 receptors in human lymphocytes // J. Immunol. - 1987. - Vol. 139. - Р. 3355-3359.
