CC BY
90
УДК 612.017.1:613.62
В.В. Захаренков, А.С. Казицкая, Т.К. Ядыкина, Д.В. Фоменко, Е.Н. Масленникова
СПЕЦИФИЧНОСТЬ ИММУННОГО ОТВЕТА НА ДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ
Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний
СО РАМН (Новокузнецк)
В эксперименте изучена специфичность иммунного ответа организма в зависимости от повреждающих производственных факторов: угольно-породной пыли и фторида натрия. На ранних стадиях пылевой затравки выявлена активация, гуморального иммунитета на фоне развития, воспалительного процесса. Действие избытка фтора на организм, отличается отсроченной воспалительной реакцией, которая по времени совпадает, с иммунодефицитным. состоянием.
Ключевые слова: угольно-породная пыль, фтористая интоксикация, иммуноглобулины, иммунная система
SPECIFICITY OF IMMUNE RESPONSE TO THE EXPOSURE TO VARIOUS PRODUCTION FACTORS
V.V. Zakharenkov, A.S. Kazitskaya, T.K. Yadykina, D.V. Fomenko, E.N. Maslennikova
Research Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational Diseases of the Siberian Branch
of the Russian Academy of Medicine, Novokuznetsk
In an experiment specificity of immune organism, response depending on the exposure to damage production factors is studied. They are coal dust and sodium, fluoride. At early stages of priming with dust activation of humoral immunity against development of inflammatory process is revealed. The effect of fluorine excess on an organism, differs in the delayed, inflammatory reaction which coincides on time with immunodeficiency condition. Key words: coal dust, fluoric intoxication, immunoglobulin's, immune system
Работники производственных предприятий относятся к специфической группе риска, испытывающей двойную нагрузку внешних неблагоприятных факторов: в условиях среды обитания и в процессе трудовой деятельности [1]. Данная проблема особенно актуальна для Кузбасса — крупного региона с развитой угольной и металлургической (в том числе алюминиевой) промышленностью. Среди профессиональных и производственно обусловленных заболеваний работников алюминиевой промышленности ведущее место занимает флюороз, развивающийся в результате длительного поступления в организм повышенного количества фтора. В структуре профессиональной заболеваемости шахтеров Кузбасса ведущее место занимают болезни органов дыхания — пневмокониозы, возникающие при длительном вдыхании угольно-породной пыли (УПП).
Большинство профессиональных заболеваний связано с воздействием на организм работающих совокупности вредных факторов. Состояние иммунной системы — наиболее чувствительный показатель реакции организма на их действие, что обусловлено наличием множественных коррелятивных связей между отдельными компонентами системы, при которых изменение в одном звене отражается на функционировании иммунитета в целом [2]. При дополнительной антигенной нагрузке организм рабочих реализует свой адаптационно-компенсаторный потенциал на совершенно ином уровне, отличном от исходного, «до производственного» [1, 6]. Иммунная система как одна из составляющих этого потенциала отвечает на антигенный прессинг изменениями в своем функционировании, приобретающими обратимый и/или необратимый характер
[7]. Многие авторы указывают на гетерогенность иммунного ответа у лиц, работающих в одинаковых производственных условиях, проявляющуюся либо в активации одних элементов и угнетении других, либо в полной функциональной неспособности всей иммунной системы [5, 7].
В литературе достаточно широко представлены данные о функциональном состоянии различных звеньев иммунной системы при хронических формах профессиональных заболеваний [12, 14]. Вместе с тем исследования, посвященные оценке состояния иммунной системы на ранних стадиях развития профпатологии, немногочисленны и противоречивы [3, 4]. В связи с этим целью работы явилось экспериментальное изучение специфичности иммунного ответа организма на действие различных производственных факторов на примере повышенных концентраций фтора и угольнопородной пыли.
МЕТОДИКА
Эксперименты проведены на белых крысах-самцах массой 200 — 250 г. Животные делились на 3 группы: 1-я — контрольная; 2-я — крысы, вдыхавшие угольно-породную пыль средней концентрации 50 мг/м3 в пылевой камере ежедневно (по 4 часа) в течение 12 недель; 3-я группа — с фтористой интоксикацией, которую моделировали пассивным запаиванием крыс среднетоксичной дозой фторида натрия в течение 12 недель (ежедневно с питьевой водой в концентрации 10 мг/л). Забор крови производили на 3-й, 6-й, 9-й и 12-й неделях эксперимента. Декапитация животных проводилась в соответствии с «Правилами проведения работ с
использованием экспериментальных животных» (приказ МЗ СССР №755 от 12.08.1977).
Уровень церулоплазмина (Ср), гаптоглобина (Нр) и сывороточных иммуноглобулинов (1д) А,
G, М определяли иммунотурбидиметрическим методом на фотометре РМ-5010 (Германия). Статистическая обработка данных осуществлялась компьютерной программой «Статистика 6.0».
РЕЗУЛЬТАТЫ
Вдыхание угольно-породной пыли в течение 3 недель сопровождалось достоверным полуторакратным повышением белков острой фазы — Нр и Ср. На 6-й неделе ингаляционного воздействия концентрация Ср снизилась до контрольного уровня. При этом сохранялось высокое содержание Нр, уровень которого резко снизился на 12-й неделе, оказавшись достоверно ниже даже контрольных значений (табл. 1).
При фтористой затравке уровень Нр у животных сохранялся в пределах физиологической нормы на протяжении 6 недель. Достоверное повышение его концентрации наблюдалось лишь к 9-й неделе и сохранялось до конца эксперимента. На этом фоне уже на 1-й неделе увеличилась концентрация антиоксидантного белка Ср, а с 3-й недели его уровень начал поступательно снижаться до конца эксперимента (табл. 2). Это можно рассматривать как защитную реакцию организма, направленную на предупреждение развития «окислительного стресса».
При сравнении двух экспериментальных моделей обнаружилась неоднозначность уровней белков острой фазы на разных стадиях. Самое первое событие, происходящее при попадании в организм чужеродного материала, — это поглощение последнего фагоцитами [10]. Фагоцитирующие макрофаги и нейтрофилы выделяют кислые и нейтральные лизосомальные протеазы, которые играют боль-
шую роль в повреждении клеток посредством протеолитической активации медиаторов. Белки острой фазы являются, прежде всего, ингибиторами и дезактиваторами тех ферментов, которые освобождаются при деструкции клеток и могут приводить к вторичному повреждению ткани [15]. Повышение концентрации позитивных реактантов острой фазы приводит к ингибированию протеаз, нейтрализации токсичных молекул [9]. Ср обладает супероксиддисмутазной активностью, его содержание увеличивается при активации процессов свободнорадикального окисления [8]. Значительное повышение его концентрации в обоих случаях при моделировании может свидетельствовать о наличии окислительного стресса у животных.
Характер влияния Нр на функции лейкоцитов свидетельствует о его противовоспалительной активности. Нр ингибирует метаболизм нейтрофилов, снижает реакцию моноцитов на хемоаттрактанты, угнетает пролиферативный ответ мононуклеаров крови человека in vitro на митогены и подавляет продукцию антител [9]. Длительно сохраняющиеся высокие значения Нр являются признаком неблагоприятного течения болезни. Таким образом, повышение в крови уровня вышеуказанных белков расценивается как наличие воспалительного процесса. Пылевая затравка привела к незамедлительному повышению белков острой фазы, следовательно, вдыхание угольно-породной пыли вызывает срочную воспалительную реакцию. Избыток фтора, в силу его большей реакционной способности, оказывает, прежде всего, токсическое действие, поражая целостность клеточных мембран. Данный факт согласуется с результатами других исследований. Так, Н.В. Черноусовой [13] был выявлен цитотокси-ческий эффект лимфоцитов в присутствии фтора, который усиливался по мере возрастания концентрации фтора в культуральной среде. Это позволило
Таблица 1
Динамика концентрации белков острой фазы в крови крыс в условиях вдыхания угольно-породной пыли
Показатель Продолжительность затравки
3 недели 6 недель 12 недель
опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10)
Церулоплазмин, мг/дл 16,8 (15,7-17,4)** 11,5 (8,4-13,9) 9,6 (9,1-11) 11,5 (10,4-14) 12,5 (12,4-13,8) 12,0 (10,9-13,5)
Гаптоглобин, мг/дл 53,8 (51,5-56,5)*** 35,5 (33,7-35,9) 56,9 (54,9-59)*** 34,5 (31,3-35,6) 25,8 (21,8-30,6)** 34,8 (29,6-35,6)
Примечание: * - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001 - уровень значимости по отношению к соответствующему показателю в группе контрольных животных.
Таблица 2
Динамика концентрации белков острой фазы в крови крыс в условиях фтористой интоксикации
Показатель Продолжительность затравки
Группа животных
1 неделя 3 недели 6 недель 9 недель 12 не дель
опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10)
Церулоплазмин, мг/дл 20,3 ± 1,5* 16,9 ± 0,7 18,5 ± 1,9 16,7 ± 0,4 14,3 ± 0,5** 16,7 ± 0,3 15,8 ± 0,2 * 16,7 ± 0,3 14,3 ± 0,8** 16,6 ± 0,3
Гаптоглобин, мг/дл 35,2 ± 2,4 32,9 ± 3,5 28,2 ± 3,2 34,2 ± 17,5 28,2 ± 3,1 34,2 ± 17,5 43,0 ± 6,4** 27,6 ± 1,1 42,2 ± 4,0** 25,5 ± 2,3
Примечание: * - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001 - уровень значимости по отношению к соответствующему показателю в группе контрольных животных.
автору предположить, что длительное воздействие фтористых соединений вызывает повышение проницаемости клеточных мембран и нарушения в системе репарации ДНК. Вероятно, поэтому в нашем эксперименте не наблюдалось срочного воспалительного ответа. Фтор конкурирует с различными металлами за места связывания в клетке. Для активации воспалительного процесса необходима его кумуляция в организме, которая проявилась к 9-й неделе эксперимента в виде достоверного повышения уровня Нр. Снижение концентрации Нр и Ср на поздних стадиях затравки свидетельствует о трансформации болезни в хроническую форму.
Накопление фтора в организме экспериментальных животных к 9-й неделе подтвердилось изменением показателей гуморального иммунитета. На протяжении фтористой затравки уровень всех иммуноглобулинов сохранялся в пределах физиологической нормы, лишь к 9-й неделе эксперимента достоверно снизилась концентрация 1дМ и IgG (табл. 3).
Уровень 1дА в течение всего времени сохранялся в пределах контрольных значений. Вероятно, это связано с тем, что антитела класса 1дА играют важную роль в местном, в частности бронхолегочном, иммунитете. Исследование уровня сывороточных иммуноглобулинов основных классов, проведенное
Н.В. Черноусовой с соавторами, выявило дисфункцию выработки антител у рабочих алюминиевого завода во всех наблюдаемых группах [13].
Иная картина прослеживалась при воздействии угольно-породной пыли. Начиная с 3-й недели затравки наблюдалась активация гуморального иммунного ответа: в 2 раза повысился уровень 1дА, который функционально выступает в качестве
первой линии защиты на слизистых поверхностях; в 1,3 раза увеличилась концентрация основного иммуноглобулина — IgG и в 1,2 раза — 1дМ (табл. 4). Такое изменение иммунологической реактивности характерно для первичного иммунного ответа на иммунокомпроментацию. Это связано с увеличением периода активации адаптационных процессов в организме в ответ на поступление малых доз ксенобиотиков. Из литературных источников известно, что активация гуморального звена иммунитета происходит при развитии выраженного воспалительного процесса в легочной ткани [14], что было подтверждено в эксперименте. К 3-й неделе затравки угольно-породной пылью, на фоне развития воспалительной реакции, произошла активация гуморального иммунного ответа.
Увеличение сроков ингаляционного воздействия до 6 недель вызвало изменение со стороны иммунной системы: на фоне почти двукратного снижения уровня сывороточного 1дА наблюдалось достоверное повышение уровня 1дМ. Известно, что в ходе первичного иммунного ответа вначале появляются антитела 1дМ-класса, являясь основными рецепторами для антигенов на поверхности зрелых В-клеток. Увеличение концентрации 1дМ на поздних сроках эксперимента явилось показателем одного из первичных иммунодефицитных состояний, обусловленного отсутствием на Т-хелперах лиганда и в связи с этим — невозможностью передачи постстимуляционного сигнала В-лимфоцитам для переключения синтеза 1дМ на синтез иммуноглобулинов другого класса [10].
Продолжение пылевого воздействия до 12 недель изменило метаболическую картину, которая
Таблица3
Динамика иммунологических показателей крови крыс в условиях фтористой интоксикации
Показатель Продолжительность затравки
Группа животных
1 неделя 3 недели 6 недель 9 недель 12 недель
опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10)
1д А, г/л 0,08 ± 0,01 0,11 ± 0,01 0,09 ± 0,02 0,11 ± 0,01 0,04 ± 0,01 0,06 ± 0,01 0,04 ± 0,01 0,05 ± 0,01 0,04 ± 0,01 0,05 ± 0,01
1д в, г/л 3,64 ± 0,36 3,84 ± 0,14 3,5 ± 0,11 3,9 ± 0,17 3,37 ± 0,13 3,7 ± 0,27 3,1 ± 0,23* 3,7 ± 0,17 3,1 ± 0,18* 3,7 ± 0,09
1д М, г/л 0,54 ± 0,03 0,51 ± 0,06 0,43 ± 0,02 0,43 ± 0,04 0,49 ± 0,05 0,53 ± 0,04 0,48 ± 0,01* 0,59 ± 0,01 0,46 ± 0,03 0,49 ± 0,03
Примечание: * - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001 - уровень значимости по отношению к соответствующему показателю в группе контрольных животных.
Таблица 4
Динамика иммунологических показателей крови крыс при вдыхании угольно-породной пыли
Показатель Продолжительность затравки
Группа животных
3 недели 6 недель 12 недель
опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10) опыт (п = 40) контроль (п = 10)
1д А, г/л 0,25 (0,24-0,26)** 0,12 (0,11-0,13) 0,07 (0,06-0,08)* 0,12 (0,1-1,13) 0,08 (0,07-0,09)** 0,13 (0,12-0,15)
1д в, г/л 3,0 (2,85-3,15)** 2,4 (2,35-2,55) 2,7 (2,65-2,9)* 2,4 (2,3-2,55) 1,5 (1,3-1,8)** 2,5 (2,35-2,6)
1д М, г/л 0,45 (0,4-0,49)* 0,37 (0,32-0,39) 0,5 (0,43-0,53)** 0,36 (0,29-0,38) 0,3 (0,28-0,32) 0,35 (0,29-0,36)
Примечание: * - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001 - уровень значимости по отношению к соответствующему показателю в группе контрольных животных.
из адаптивной стала превращаться в патологическую. Появились признаки выраженного состояния иммунной недостаточности: уровень IgA и IgG снизился в 1,5 раза по сравнению с контрольными значениями. Чрезмерная ранняя активация продукции Ig и последующее снижение их в сыворотке крови свидетельствуют о перенапряжении защитных механизмов. Усиление супрессорных процессов приводит к ослаблению антиинфекционного иммунитета на гуморальном уровне, в результате чего понижается концентрация сывороточных Ig. Аналогичные данные были получены при изучении воздействия на организм работающих различных нейротоксикантов [3].
Таким образом, при действии угольно-породной пыли на организм отмечалась фазность иммунного ответа: на начальных сроках проявлялись элементы срочной адаптации, дальнейшее воздействие привело к изменению иммунной реактивности и снижению активности гуморального иммунитета. На стадийный характер иммунного ответа при длительном воздействии вредных производственных факторов указывают Б.В. Пинегин и Р.М. Хаитов, которые выделяют четыре стадии изменений иммунитета, приводящие к развитию вторичной иммунологической недостаточности [11]. В свою очередь, воздействие фтора на организм привело к 9-й неделе эксперимента к развитию иммунодефи-цитного состояния, минуя фазу адаптации.
ВЫВОДЫ
Таким образом, несмотря на общий характер иммунологического ответа, существует специфичность реакции организма на отдельные антигены, что дает возможность для определения сроков профилактики различных профессиональных заболеваний. Полученные результаты позволяют рекомендовать при фтористой интоксикации проведение профилактических мероприятий с первых дней воздействия фтора на организм: сначала детоксикационных, затем иммуномодуляторных. При вдыхании угольно-породной пыли возможно проведение реабилитационных мероприятий на более поздних сроках, с преобладанием иммуно-модуляторной и противовоспалительной терапии, для поддержания собственных компенсаторноприспособительных механизмов организма.
ЛИТЕРАТУРА
1. Барышников И.И., Лойт А.О., Савчен-ков М.Ф. Экологическая токсикология. — Иркутск : Изд-во Иркутского ун-та. — 1991. — 61 с.
2. Беклемишев И.Д. Положительные обратные связи в механизмах иммунного ответа // Иммунология. - 1998. - № 5. - С. 15-22.
3. Бодиенкова Г.М. Особенности иммунологической реактивности работающих в условиях воздействия различных нейротоксикантов // Мед. труда и пром. экология. - 2008. - № 8. - С. 1-7.
4. Бучин В.Н., Эсаулова Т.А. Способ иммунопрофилактики у работников газовой промышленности // Профессия и здоровье. - 2008. -
С. 56-57.
5. Вобликов И.В., Зинкин В.Н., Кузьмина Н.В. Динамика иммунного ответа при однократном воздействии низкочастотных акустических колебаний // Гигиена и санитария. - 1996. - № 4. - С. 39-40.
6. Воробьев А.А., Несвижевский Ю.В., Иноземцева Л.О. Влияние химических агентов на иммунный статус рабочих на предприятиях г. Новомосковска // Вестник РАМН. - 1995. - № 3. - С. 25-28.
7. Воробьева Л.М., Баланник З.Т., Кузовко-ва С.Д. Изучение показателей иммунного статуса у рабочих вредных производств // Г игиена и санитария. - 1993. - № 5. - С. 21-23.
8. Закирова А.Н., Мингазетдинов Л.Н., Камилов Ф.Х. Антиоксидант церулоплазмин: влияние на перекисное окисление липидов, гемореологию и течение стенокардии // Тер. архив. - 1994. -Т. 66, № 9. - С. 24-28.
9. Илюкевич Г.В., Смирнова Л.А. Ферропротеины как маркеры системного воспалительного ответа при остром распространенном перитоните // Весщ НАН Беларусь Сер. мед^ял.навук. -2002. - № 2. - С. 23-25.
10. Иммунология / под ред. У. Пола. - М., 1987. - Т. 1 - 478 с.
11. Хаитов Р.М., Пинегин Б.В., Истамов Х.И. Экологическая иммунология. - М., 1995. - 213 с.
12. Цидильковская Э.С. Особенности реагирования иммунной системы рабочих в условиях современного производства алюминия // Мед. труда и пром. экология. - 2001. - № 11. - С. 38-41.
13. Черноусова Н.В. Иммунный статус рабочих алюминиевого производства и механизмы нарушения иммунитета при фтористой интоксикации : автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Томск, 1994. - 19 с.
14. Чонбашева Ч.К. Клинико-иммунологические аспекты пневмокониозов // Медицина труда и промышленная экология. - 1997. - № 10. - С. 3-8.
15. Чукаева И.И., Богова О.Т., Корочкин И.М. Инфаркт миокарда и воспаление // Медицина неотложных состояний. - 2007. - № 4 (11). - С. 19-23.
Сведения об авторах
Захаренков Василий Васильевич - д.м.н., профессор, директор НИИ КПГПЗ СО РАМН (654041, Кемеровская область, г Новокузнецк, ул. Кутузова, 23; тел./факс: 8 (3843) 79-66-69, тел.: 8 (3843) 79-69-79; e-mail: [email protected])
Казицкая Анастасия Сергеевна - биолог лаборатории популяционной генетики НИИ КПГПЗ СО РАМН (тел.: 8 (3843) 79-66-05)
Ядыкина Татьяна Константиновна - научный сотрудник лаборатории популяционной генетики НИИ КПГПЗ СО РАМН (тел.: 8 (3843) 79-66-05)
Фоменко Диана Валериевна - к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории экспериментальных гигиенических исследований НИИ КПГПЗ СО РАМН (тел./факс: 8 (3843) 79-66-69, тел.: 8 (3843) 79-69-79)
Масленникова Елена Николаевна - младший научный сотрудник лаборатории экспериментальных гигиенических исследований НИИ КПГПЗ СО РАМН (тел./факс: 8 (3843) 79-66-69, тел.: 8 (3843) 79-69-79)
