CC BY
29
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ И ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 612.223.1/.2:612.018.2
С. Н. АФОНИНА, Е. Н. ЛЕБЕДЕВА
СОСТОЯНИЕ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ И ИММУНОРЕАКТИВНОСТИ ПРИ АДАПТАЦИИ К БАРОКАМЕРНОЙ ВЫСОТНОЙ ГИПОКСИИ
ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный медицинский университет» Минздрава России
S. N. AFONINA, E. N. LEBEDEVA
THE STATE OF HORMONAL REGULATION AND IMMUNE-REACTIVITY IN ADAPTATION TO HIGH ALTITUDE HYPOXIA
Orenburg State Medical University
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: АДАПТАЦИЯ, ГИПОКСИЯ, КАТЕХОЛАМИНЫ, КОРТИКОСТЕРОИДЫ, ЦИКЛИЧЕСКИЕ НУКЛЕОТИДЫ, МОНОАМИНЫ, ЛЕПТИН.
РЕЗЮМЕ
В статье представлены данные по влиянию адаптации к высотной гипоксии на состояние регуляторных систем в иммунокомпетентных клетках и на органном уровне. Установлено повышение резервной мощности симпатоадрена-ловой и гипофизарно-надпочечниковой систем, активация системы простагландинов, снижение выработки лептина, преобладание регулирующего действия цАМФ и существенные изменения в системе моноаминов в иммунокомпетентных клетках.
KEY WORDS: ADAPTATION, HYPOXIA, CATECHOLAMINES, CORTICOSTEROIDS, CYCLIC NUCLEOTIDES, MONOAMINES, LEPTIN.
SUMMARY
The article presents data on the effect of adaptation to altitude hypoxia on the state of regulatory systems in immune-competent cells and at the organ level. An increase in the reserve power of the sympathetic-adrenal and pituitary-adrenal systems, the activation of the
Афонина Светлана Николаевна - к. м. н., доцент кафедры биохимии; тел. 50-06-06, доб. 307
Лебедева Елена Николаевна - к. б. н., доцент кафедры биохимии; тел. 50-06-06, доб. 307; е-mail: [email protected]
prostaglandin system, a decrease in leptinproduction, the predominance of the regulatory effect of cAMP and significant changes in the monoamine system in immune-competent cells are established.
Изучение механизмов адаптации к барока-мерной высотной гипоксии имеет чрезвычайно важное значение в биологии и медицине. Актуальность проблемы обусловлена, с одной стороны, необходимостью решения неотложных задач, связанных с пребыванием и работой человека в горных условиях, а с другой - использованием адаптации к гипоксии для повышения резистентности организма к действию неблагоприятных факторов внешней среды. Основой устойчивости адаптации организма к новым условиям существования является поддержание стабильного и адекватного этим условиям метаболизма. Ведущим механизмом, лежащим в основе метода адаптации к гипоксии, служит повышение резистентности тканей организма к транзиторной гипоксии, которая, как известно, является ключевым звеном многих заболеваний [12]. Разработанная при этом устойчивость к гипоксическому фактору является неспецифической и может использоваться при различных заболеваниях в качестве средства профилактики и лечения.
По мнению Ф. З. Меерсона [10], применение адаптации к прерывистой высотной гипоксии с целью профилактики и лечения заболеваний
человека является «направлением будущего». В настоящее время метод адаптации к прерывистой гипоксии используется в медицине при патологии сердечно-сосудистой, иммунной систем, органов дыхания. Получены достоверные данные о влиянии прерывистой гипоксии на обмен веществ [4].
Однако до сих пор остаются до конца не выясненными некоторые конкретные механизмы реализации этого метода в условиях организма человека. Известно, что при длительном воздействии прерывистой высотной гипоксии происходит выраженная перестройка в функционировании основных регуляторных систем. Вместе с тем многие аспекты этой проблемы остаются недостаточно изученными.
В данной статье приводятся обобщенные экспериментальные и клинические данные по изучению состояния регуляторных систем и их роли в формировании иммунореактивности при адаптации к гипоксии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Эксперимент проводился на крысах Вистар, массой 120-150 г. Адаптацию к гипоксии вырабатывали путем ежедневного 6-часового пребывания животных в экспериментальной барокамере на «высоте» 5000 м в течение 1,5 месяца после предварительного ступенчатого выведения животных на эту высоту в течение 7 дней.
Животные контрольной группы содержались в условиях вивария. У крыс опытной и контрольной групп по истечении срока адаптации исследовалось состояние симпатоадреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем путем определения содержания в ткани надпочечников адреналина, норадреналина, дофамина, 11-окси-кортикостероидов (11-ОКС): в крови концентрации 11-ОКС - общих, свободных и связанных с белками флюориметрическим методом. Очистка и разделение катехоламинов осуществлялись путем ионообменной хроматографии на колонках с «До^^ех-50». Фракционирование 11-ОКС проводилось на сефадексе 0-50. В плазме крови определяли также количество гистамина, серотонина флуориметрическим методом и содержание про-стагландинов Е и Б2а (ПГЕ, ПГБ2а) радиоиммунологическим методом с использованием наборов
фирмы «Clinical Assay». В клинических исследованиях у мужчин в возрасте 40-55 лет, страдающих постинфарктным кардиосклерозом, в крови определялось содержание инсулина, кортизола и лептина радиоиммунологическим методом.
В лимфоцитах тимуса, селезенки, паратрахе-альных, мезентериальных и подкожных лимфатических узлов, выделенных в градиенте плотности фиколл-верографин определялось содержание биогенных аминов: гистамина, серотонина флуориметрическим методом, а также уровень цАМФ и цГМФ радиоиммунологическим методом с помощью стандартных наборов фирмы «Amersham». Радиоактивность проб подсчитывали на жидкостном сцинтилляционном счетчике фирмы «Becman».
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты проведенного эксперимента показали, что у крыс, адаптированных к периодической гипоксии, наблюдаются выраженные изменения со стороны симпатоадреналовой системы. Это проявляется в достоверном увеличении в надпочечниках концентрации адреналина (2309,9±531,3 нг/г против 916,0±109,9 нг/г в контроле), некотором повышении содержания норадреналина (35,5±6,9 нг/г против 32,2±6,3 нг/г), снижении количества дофамина (4,2±0,8 нг/г против 7,9±1,5 нг/г). Адаптация к гипоксии приводит также к существенным сдвигам в функционировании гипофизарно-надпочечниковой системы. В частности, у адаптированных животных отмечается увеличение концентрации 11-ОКС в надпочечниках (5,1±0,3 мкг/г против 3,72±0,3 мкг/г в контроле) и плазме крови (22,1±2,2 у% против 17,1±0,9 у% в контроле). Причем повышение содержания в крови суммарных кортикостероидов сопровождается ростом их свободных, биологически активных форм и уменьшением белковосвязанных фракций этих гормонов. Все это свидетельствует о том, что при адаптации к гипоксии происходит неспецифическая активация симпатического отдела нервной системы, комплекса гипоталамо-ги-пофизарно-надпочечниковой системы, которые играют основную роль в реализации повышения уровня общей сопротивляемости организма по отношению к различным экстремальным факторам внешней среды.
При исследовании состояния обмена тканевых регуляторов метаболизма, моноаминов было установлено, что у адаптированных животных в крови наблюдается достоверное снижение уровня гистамина (0,04±0,002 мкг/г против 0,12±0,03 мкг/г в контроле) и серотонина (10,7±1,2% против 31,75±4,2 % в контроле). Адаптация к прерывистой высотной гипоксии вызывает существенные изменения в системе простагландинов у животных опытной группы. У них отмечается увеличение в крови концентрации ПГЕ (179,3±15,8 пг/мл против 75,6±17,9 пг/мл в контроле) при незначительном росте уровня ПГБ2а. Соотношение ПГЕ/ПГБ2а у адаптированных крыс было повышенным и составляло 0,8 против 0,5 в контрольной группе.
Показано, что адаптация к гипоксии характеризуется выраженным воздействием на систему иммуногенеза [3]. Известно, что на формирование иммунореактивности существенное влияние оказывают не только собственные клеточные популяции и факторы иммунной системы, но и модулирующее воздействие на нее как со стороны центральной нервной системы, так и со стороны нейроэндокринной системы.
Полученные нами данные свидетельствуют о том, что адаптация к периодическому действию гипоксии сопровождается выраженными сдвигами в содержании моноаминов в лимфоидных органах. У адаптированных животных отмечается значительное снижение содержания серотонина в тимусе (0,042±0,007 мкг/108 кл против 0,145±0,004 мкг/108 кл в контроле) и селезенке (0,21±0,084 мкг/108 кл против 0,31±0,006 мкг/108 кл в контроле). Вместе с тем количество гистамина в лимфоидных органах адаптированных крыс меняется в меньшей степени: отмечается достоверное повышение его концентрации только в подкожных лимфатических узлах (0,064±0,011 мкг/108 кл против 0,035±0,005 мкг/108 кл в контроле).
Таким образом, функциональная перестройка нейрогуморального аппарата регуляции при адаптации к прерывистой высотной гипоксии вызывает существенные изменения в системе внутриклеточной регуляции лимфоцитов, в разной мере выраженные у тимоцитов и спле-ноцитов. Подтверждением этому служат данные,
полученные при изучении уровня вторичных мессенджеров в иммунокомпетентных клетках при адаптации к гипоксии. Их анализ свидетельствует о том, что если в тимоцитах уровень цГМФ снижается до 8,48±0,5 пмоль/106 кл (в среднем на 25% по сравнению с контролем), то содержание цАМФ в этих клетках практически не изменяется. Это приводит к относительному преобладанию цАМФ в клетках тимуса. В спле-ноцитах адаптированных животных изменений в содержании циклических нуклеотидов, играющих важную роль в функциональных свойствах клеточных мембран, не происходит. Вместе с тем в лимфоцитах подкожных, паратрахеальных и ме-зентериальных лимфоузлов животных опытной группы изменения в содержании циклических нуклеотидов носят однонаправленный характер и сопровождаются снижением уровня цАМФ и цГМФ в этих клеточных популяциях. Учитывая, что в регуляции функциональной активности клеток большое биологическое значение имеет не абсолютная концентрация каждого циклического нуклеотида, а их соотношение, было проведено определение соотношения цАМФ/цГМФ в иммунокомпетентных клетках адаптированных животных. Установлено, что при адаптации к прерывистой высотной гипоксии происходит увеличение этого коэффициента в лимфоцитах тимуса и подкожных лимфатических узлов соответственно на 23% и 18%. В других лимфоидных органах это соотношение практически не отличалось от контроля.
Анализируя полученные данные, следует отметить, что под влиянием адаптации к прерывистой высотной гипоксии происходят существенные сдвиги со стороны регуляторных систем организма. В частности, выявленное нами в эксперименте накопление адреналина в надпочечниках адаптированных животных свидетельствует о повышении резервной мощности симпатоадреналовой системы, что подтверждает имеющиеся литературные данные [11]. Одновременно адаптация к гипоксии стимулирует усиление процессов стероидогенеза в надпочечниках и активацию секреторной деятельности этого органа. Подтверждением этому служит выявленное нами повышение содержания
11-ОКС в коре надпочечников животных опытной группы, которое сопровождается повышенной концентрацией циркулирующих в крови корти-костероидов и, в первую очередь, увеличением их свободных, физиологически активных форм. Увеличение мощности симпатоадреналовой и гипо-физарно-надпочечниковой систем при адаптации к гипоксии является важным звеном в развитии адаптационного синдрома. Адреналину и корти-костероидам принадлежит существенная роль в формировании приспособительных реакций организма к условиям гипоксии, в повышении резистентности организма к действию неблагоприятных факторов среды [6, 9]. Вместе с тем выявленное нами в эксперименте повышение концентрации ПГЕ в крови адаптированных животных также следует расценивать как положительный признак, так как известно, что простагландины группы Е могут эффективно ограничивать чрезмерную активацию адренергической системы и тем самым предохранять гипофизарно-адреналовый комплекс от истощения [8, 15].
Функциональная перестройка механизмов нейрогуморальной регуляции организма при адаптации к гипоксии закономерно сказывается на регуляторных процессах на клеточном уровне. Результаты, полученные при исследовании уровня циклических нуклеотидов в лимфоид-ных органах, показали, что адаптация к гипоксии приводит к селективному снижению цАМФ и цГМФ в лимфоцитах, которое сопровождается относительным преобладанием цАМФ в тимо-цитах. Установлено, что преобладающее влияние цАМФ в лимфоцитах способствует стимуляции процессов дифференцировки клеток, но существенно тормозит их пролиферацию [3, 7]. Эти результаты согласуются с данными, свидетельствующими о том, что адаптация к периодическому действию гипоксии уменьшает активность Т-лимфоцитов, а также их количество, следствием чего является депрессия иммунных реакций у адаптированных животных, опосредованных Т-клеточными механизмами [1]. В то же время в спленоцитах адаптация к гипоксии существенных сдвигов в балансе циклических нуклеотидов не вызвала. Это дает основание считать,
что тимоциты менее резистентны к процессам, лежащим в основе формирования «системного структурного следа адаптации» при действии гипоксического фактора.
Анализируя изменения в системе биогенных аминов при адаптации к гипоксии, следует отметить, что наиболее существенному воздействию подвергается обмен серотонина у крыс опытной группы. Известно, что гипоксический фактор оказывает выраженное воздействие на метаболизм серотонина, стимулируя его выход из тканевых депо и ограничивая активность специфической моноаминооксидазы [2]. Выявленное нами снижение концентрации серотонина в крови и в лимфоцитах тимуса и селезенки крыс опытной группы является подтверждением данного положения. Что касается гистамина, то изменения в балансе этого биогенного амина были менее выражены у адаптированных животных. Существенным моментом в формировании приспособительных реакций организма к периодическому действию гипоксии является значительное снижение в крови крыс опытной группы концентрации гистамина, играющего значительную роль в формировании аллергических, иммунных реакций [13]. Одной из причин, обусловивших падение уровня гистамина в крови адаптированных животных, может быть повышение содержания кортикостероидов в крови и надпочечниках. Как известно, высокие концентрации глюкокортикоидов тормозят процесс биосинтеза этого моноамина [5]. Другим решающим фактором, способствующим снижению концентрации гистамина в крови опытных животных, может быть активация при адаптации симпатоадреналовой системы, замедляющей освобождение гистамина из тканевых депо [2].
Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют о выраженной перестройке в системе нейрогуморальной регуляции при адаптации к гипоксии, что может иметь существенное значение в изменении иммунореак-тивности у адаптированных животных. Данные экспериментальных исследований по изучению механизмов регуляции при адаптации к периодическому действию гипоксии наряду с другими результатами легли в основу рекомендаций по
использованию метода прерывистой гипоксии в практическом здравоохранении.
Основываясь на данных эксперимента, были проведены клинические исследования на базе клиники адаптационной медицины по изучению состояния регуляторных систем у больных постинфарктным кардиосклерозом. При этом было установлено, что адаптация к высотной прерывистой гипоксии приводит к существенному снижению в крови уровня лептина с 8,38±2,84 нг/мл до 6,65± 1,93 нг/мл. Существенных изменений в уровне кортизола и инсулина в крови пациентов после проведенного курса адаптации к гипоксии выявлено не было. Уменьшение выброса лептина
ЛИТЕРАТУРА:
1. Берова, М. О. Изменение иммунологических показателей при гипобарической гипоксии/ М. О. Берова// Сборник научных трудов «Автоматизированный анализ гипоксических состояний». - Нальчик -Москва, 2003. - С. 51-54.
2. Вайсфельд, И. Л. Гистамин в биохимии и физиологии / И. Л. Вайсфельд, Г. Н. Кассиль. - М.: Наука,
1981. - 277 с.
3. Влияние адаптации к периодическому действию гипоксии на показатели иммунологической реактивности и состояние регуляторных систем / Ф. З. Меерсон, С. Н. Афонина, Г. Т. Сухих, Б. А. Фролов. - В кн. : Регуляция иммунного гомеостаза. - Л.,
1982. - С. 72-74.
4. Гаранчук, В. В. Гипокситерапия/В. В. Гаранчук, Н. И. Сапова, А. О. Иванов. - СПб., 2003. - 536 с.
5. Гипоксия. Адаптация, патогенез, клиника / Под общей редакцией Ю. Л. Шевченко. - СПб. : ООО «Элби-СПб», 2000. - 384 с.
6. Колесникова, Е. Э. Регуляция дыхания и показателей активности симпатоадреналовой системы при адаптации к гипоксии /Е. Э. Колесникова //Нейрофизиология. - 2001. - № 6. - С. 14-17.
7. Корнева, Е. А. Стресс и функции иммунной системы / Е. А. Корнева, Э. К. Шхинек// Успехи физиологических наук. - 1989. - № 3. - С. 3-13.
8. Лукьянова, Л. Д. Новое о сигнальных механизмах адаптации к гипоксии и их роли в системной регу-
адипоцитами при адаптации к гипоксии имеет важное значение в формировании иммунорези-стентности организма. Известно, что лептин оказывает цитокиноподобное действие на функцию иммунной системы [14, 15]. Модуляция уровня лептина у больных с постинфарктным кардиосклерозом может служить важным инструментом регулирования степени и направленности развития иммунных реакций организма. Полученные данные являются важным элементом формирования нового регуляторного фона при адаптации к гипоксии, который обеспечивает повышение резистентности организма к действию патогенных факторов внешней среды.
ляции/ Л. Д. Лукьянова, Ю. И. Кирова, Г. В. Сукоян // Патогенез. - 2011. - Т. 9. - № 3. - С. 4-14.
9. Самойлов, М. О. Сигнальные молекулярные и гормональные механизмы формирования протективных эффектов гипоксического прекондиционирования / М. О. Самойлов, Е. А. Рыбникова, А. В. Чурилова // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 2012. - № 3. - С. 3-10.
10. Меерсон, Ф. З. Общий механизм адаптации и профилактики / Ф. З. Меерсон. - М.: Медицина. -1973.
- 360 с.
11. Меерсон, Ф. З. Адаптационная медицина: механизмы и защитные эффекты адаптации/ Ф. З. Меерсон. - М. : Наука, 1993. - 230 с.
12. Меерсон, Ф. З. Адаптация к периодической гипоксии в терапии и профилактике / Ф. З. Меерсон, В. П. Твердохлиб, Б. А. Фролов. - М.: Наука, 1989. - 70 с.
13. Czyzyh-Krzeska, M. F. Molecular aspects of oxygen sensing in physiological adantation to hypoxia // Respir
- Physiol. - 1999. - Vol. 110, № 2-3. - P. 99-111.
14. Naylor, C. Leptin Regulationoflmmune Responses / C. Naylor, Jr. Petri WA // TrendsMolMed. - 2016. - Feb. - № 22 (2). - Р. 88-98.
15. Procaccini, C. Leptin as an immunomodulator / C. Procaccini, E. Jirillo, G. Matarese // Mol Aspects Med.
- 2012. - Feb. - № 33 (1). - Р. 35-45.
16. Zhang, Y. Aging and apoptosis / Y. Zhang// Mach. Ageing Dev. - 2002. - 123. - Р. 245-260.
