CC BY
48
УДК 591.1 ББК 28.991
Мамылина Наталья Владимировна
кандидат биологических наук, доцент
кафедра теоретических основ физической культуры Челябинский государственный педагогический университет
г.Челябинск Павлова Вера Ивановна доктор биологических наук, профессор
кафедра теоретических основ физической культуры Челябинский государственный педагогический университет
г.Челябинск Mamylina Natalya Vladimirovna Candidate of Biology,
Assistant Professor Chair of Physical Training Theoretical Foundations Chelyabinsk State Pedagogical University Chelyabinsk
Pavlova Vera Ivanovna
Doctor of Biology Professor
Chair of Physical Training Theoretical Foundations Chelyabinsk State Pedagogical University Chelyabinsk
Влияние предварительного введения эритропоэтина на показатели центрального и периферического отделов эритрона крыс, перенесших эмоционально-болевой стресс Influence of Preliminary Erythropoetin Administration on Central and Peripheral Erythron Indicators of the Rats with Emotionally-Painful Stress
В статье представлены результаты экспериментального исследования влияния предварительного введения эритропоэтина на ряд показателей центрального и периферического отделов эритрона у крыс.
The article presents the results of the experimental research on the influence of erythropoetin administration on central and peripheral erythron indicators of the rats. Ключевые слова: эмоционально-болевой стресс, костный мозг, эритропоэз. Key words: emotionally-painful stress, bone marrow, erythropoiesis.
Главным фактором, регулирующим продукцию эритропоэтина в организме, является гипоксия. В условиях гипоксии количество циркулирующего в плазме ЭПО возрастает примерно в 1000 раз. В ответ на снижение кислорода
фактор индукции гипоксии (HIF-1alpha) активирует выработку ЭПО [7, 8] . К настоящему времени накоплен большой материал по использованию ЭПО в клинике. Так, препарат был с успехом применен для лечения анемий, возникающих при заболеваниях почек [9]; для лечения анемий иной этиологии, например при беременности [11], онкологических заболеваниях [11], в том числе и множественной миеломы; при индукции эритропоэза после химио- и радиотерапии [7]. Показано, что ЭПО может обладать внутриклеточной сигнальной трансдукцией через путь, включающий ядерный фактор NF-kB.
Особый интерес представляют данные о способности макрофагов продуцировать ЭПО. Связь продукции ЭПО макрофагами с процессом фагоцитоза чужеродных частиц может указывать на участие данного эритроидного цито-кина в процессе иммуногенеза через прямые и через опосредованные механизмы. В частности, ЭПО может выступать в роли регулятора эритропоэзмодули-рующей функции макрофагов. Обнаружено, что введение ЭПО крысам, которым предварительно были сделаны инъекции циклофосфамида, способствовало более быстрому восстановлению эритропоэза на фоне формирования в костном мозге ЭО. При этом наблюдалось повышение активности макрофагов внутри островков. Высказано предположение о стимулирующем влиянии ЭПО на эри-тропоэз - повышающую активность макрофагов с учётом наличия рецепторов к ЭПО на макрофагах. Кроме того, с действием ЭПО на макрофаги связан феномен неоцитолизиса (деструкции молодых форм эритроцитов), который зарегистрирован у астронавтов, жителей высокогорных районов и почечных больных. При этом снижение уровня ЭПО в культуральной среде обусловливало повышение проницаемости эндотелиальных клеток селезёнки человека с последующим увеличением неоцитолизиса [9, 11].
Рассмотрим передачу эритропоэтического сигнала от рецептора к геному клетки. Способность рецептора эритропоэтина активировать транскрипцию гена глобина, его а и ß- цепей, усиливать пролиферацию и дифференциацию эри-тропоэтин-чувствительных клеток опосредуется через транскрипционные факторы, которые находятся в неактивном состоянии в цитозоле клетки и активи-
руются рецептором после его взаимодействия с гормоном. К таким факторам относят ядерные факторы NF-E1 (обозначаемые также как GF-1, Eryf-1, GATA-1), NF-E2, NF-KB/REL и STAT-5. Рецептор эритропоэтина утратил специфическую тирозинпротеиназную активность. Такой активностью в цитоплазме эри-тропоэтинчувствительной клетки обладают член семьи тирозиновых киназ (Janus-киназ) - Jak-2 и член семьи Src-тирозинкиназ - Lyn [13]. В физиологических условиях Jak-киназы формируют неактивные комплексы с рецептором ци-токинов. Взаимодействие молекулы эритропоэтина с двумя его рецепторами на клетке (димеризация рецепторов) стимулирует тирозиновую протеиназную активность Jak-2, которая сопровождается фосфорилированием тирозиновых остатков в цитоплазме и в самом рецепторе [13,14]. Следствием фосфорилирова-ния тирозиновых остатков является активация в цитоплазме клетки STAT-5, представителя семьи латентных цитоплазматических транскрипционных факторов, которые называются сигнальными трансдукторами, и активаторов транскрипции (STAT) в гемопоэтических клетках. Всего выявлено шесть членов этой семьи (STAT-1 - STAT-6), но сигнальным трансдуктором активации эритроидной транскрипции является лишь STAT-5. При этом цитоплазматическая область активированного эритропоэтинового рецептора избирательно взаимодействует с латентными, нефосфорилированными молекулами STAT-5 и фосфорилирует их. Существенно, что это взаимодействие осуществляется между специфическими тирозиновыми остатками рецептора эритропоэтина (или цитоплазмы) - Y-1 и Y-8, фосфорилированными тирозинкиназой Jak-2, и SH-2 доменом STAT-5 на участке карбоксильного окончания последнего. Фосфори-лированные две молекулы STAT-5 отделяются от рецептора, образуют гомодимер и транслоцируются в ядро, где связываются со специфическими последовательностями ДНК, которые регулируют эритроидную специализацию клетки [13]. Следовательно, эритроидная дифференциация представляет собой согласованную работу комбинаций транскрипционных факторов NF-E1, NF-E2, NFkB/REL, STAT-5, участвующих в активации линейноспецифических генов глобина, гема, белков цитоскелета.
Таким образом, эритропоэтин является "универсальным" тканевым протекторным цитокином, рецептор к эритропоэтину представлен во многих тканях организма. Плеотропные эффекты ЭПО, среди которых противовоспалительный, ангиогенез, антиапоптоз, обосновывают перспективность клинического применения ЭПО при различных заболеваниях.
Под действием эмоционально-болевого стресса происходят количественнокачественные изменения как центрального, так и периферического отделов эритрона, заключающиеся в ускорении созревания эритроидных клеток и поступлении их в периферическую кровь с целью компенсации имеющей место гипоксии. В связи с этим нам представилось целесообразным осуществить коррекцию ряда показателей эритрона с помощью эпоэтина альфа, содержащего в качестве активного вещества рэпоэтин - СП-рекомбинантный эритропоэтин человека (ЭПО). Препарат животным вводили внутримышечно в течение трёх суток до стресса в дозе 25 МЕ на 100г животного.
Материалы и методы исследования: эксперимент выполнен на 50 крысах самцах линии Вистар массой 150-200г. Острый стресс воспроизводили у крыс линии Вистар по методике [5] в форме так называемого невроза тревоги, продолжающегося один и шесть часов.
Традиционные методы исследования костного мозга включали подсчет числа ядросодержащих клеток и морфологический анализ мазков - отпечатков (Горизонтов П. Д. и соавт., 1983). У крыс определяли число эритроцитов, количество ретикулоцитов в 1 л крови общепринятыми методами [2, 3]. Статистическую обработку результатов исследования проводили с помощью теста Манна - Уитни используя компьютерную программу {^аЙБЙса 8.0». Различия признавались достоверными при р < 0,05 [1].
Результаты исследования:
Влияние предварительного введения эритропоэтина (ЭПО) на содержание эритроцитов и ретикулоцитов в периферической крови представлены на рис. 1.
В результате применения ЭПО после одночасового ЭБС количество эритроцитов в периферической крови увеличилось на 25,00% (р<0,05), число рети-
кулоцитов - на 29,99% (р<0,05) по сравнению с одночасовым ЭБС. В результате применения ЭПО после шестичасового ЭБС количество эритроцитов в периферической крови увеличилось на 34,93% (р<0,05), число ретикулоцитов - на 45,01% (р<0,05) по сравнению с шестичасовым ЭБС.
В результате предварительного введения ЭПО через сутки после шестичасового ЭБС количество эритроцитов в периферической крови увеличилось на 69,95% (р<0,05), число ретикулоцитов - на 80,01% (р<0,01) по сравнению с аналогичными показателями через сутки после шестичасового ЭБС.
Под воздействием предварительного введения ЭПО через двое суток после шестичасового ЭБС количество эритроцитов в периферической крови увеличилось на 55,06% (р<0,05), число ретикулоцитов - на 68,99% (р<0,01) по сравнению с аналогичными показателями через двое суток после шестичасового ЭБС.
Под воздействием введения ЭПО через пять суток после шестичасового ЭБС количество эритроцитов в периферической крови увеличилось на 26,02% (р<0,05), число ретикулоцитов - на 30,00% (р<0,05) по сравнению с аналогичными показателями через пять суток после шестичасового ЭБС.
Под влиянием препарата абсолютное количество миелокариоцитов на бедро увеличилось на 18,00% (р<0,05) после одночасового ЭБС.
После одночасового ЭБС под влиянием ЭПО количество ядросодержащих клеток эритроидного ряда увеличено на 18,01% (р<0,05), а неэритроидных клеток на 17,94% (р<0,05) на фоне недостоверного уменьшения лейко-эритроцитарного коэффициента (л/э) по сравнению с одночасовым ЭБС.
Под влиянием препарата абсолютное количество миелокариоцитов на бедро увеличилось на 23,99% (р<0,05) после шестичасового ЭБС.
После шестичасового ЭБС под влиянием ЭПО количество ядросодержащих клеток эритроидного ряда увеличено на 26,99% (р<0,05), а неэритроидных клеток на 22,76% (р<0,05) на фоне недостоверного уменьшения на 3,29% коэффициента л/э по сравнению с шестичасовым ЭБС.
1S0
180
160
140
120
100
SO
60
40
20
0
170
125
Л
145
135.
ЭБС 1 час ЭБС 6 часов ЭБС 6 часов + 1 ЭБС 6 часов + 2 ЭБС 6 часов + 5
сут. восст. сут. восст. сут. восст.
□ Содержание эритроцитов □ Содержание ретикулоцитов
Рис. 1. Влияние введения эритропоэтина на содержание эритроцитов и ретикулоцитов в периферической крови у животных, перенесших острый эмоционально-болевой стресс.
По оси ординат отмечено содержание эритроцитов и ретикулоцитов (в %). Данные соответствующего срока стресса без введения эритропоэтина приняты за 100%.
ЭБС 1 час ЭБС 6 часов ЭБС 6 часов + 1 сут. ЭБС 6 часов + 2 сут. ЭБС 6 часов + 5 сут.
восст. восст. восст.
□ Количество миелокариоцитов, □ Коэффициент □ Количество ядросодержащух эритроидных клеток, Ю'б/бедро
Ю'б/бедро лейко-эритроцитарный, ед.
Рис. 2. Влияние введения эритропоэтина на показатели костномозгового кроветворения животных, перенесших острый эмоционально-болевой стресс. По оси ординат отмечено содержание миелокариоцитов, коэффициент л/э и количество ядросодержащих эритроидных клеток (в %). Данные соответствующего срока стресса без введения эритропоэтина
приняты за 100%.
Под влиянием препарата абсолютное количество миелокариоцитов на бедро увеличилось на 45,00% (р<0,05) через сутки после шестичасового ЭБС.
Через сутки после шестичасового ЭБС под влиянием ЭПО количество ядросодержащих клеток эритроидного ряда увеличено на 50,00% (р<0,01), а не-эритроидных клеток на 43,43% (р<0,01) на фоне недостоверного уменьшения на 4,39% коэффициента л/э по сравнению с аналогичным сроком стресса .
Под влиянием препарата абсолютное количество миелокариоцитов на бедро увеличилось на 28,00% (р<0,05) через двое суток после шестичасового ЭБС.
Через двое суток после шестичасового ЭБС под влиянием ЭПО количество ядросодержащих клеток эритроидного ряда увеличено на 39,98% (р<0,05), а не-эритроидных клеток на 24,12% (р<0,05) на фоне уменьшения на 11,36% (р<0,05) коэффициента л/э по сравнению с аналогичным сроком стресса .
Под влиянием препарата абсолютное количество миелокариоцитов на бедро увеличилось на 18,81% (р<0,05) через пять суток после шестичасового ЭБС.
Через пять суток после шестичасового ЭБС под влиянием ЭПО количество ядросодержащих клеток эритроидного ряда увеличено на 32,16% (р<0,05), а не-эритроидных клеток на 14,53% (р<0,05) на фоне уменьшения коэффициента л/э на 13,46% (р<0,05) по сравнению с аналогичным сроком стресса.
Таким образом, в результате действия ЭБС наблюдалось угнетение эрит-роидного ростка кроветворения, а изменения эритропоэза являлись проявлением компенсаторно-приспособительных механизмов адаптации организма. Под влиянием эритропоэтина после острого стресса наблюдается мобилизация костномозговых ретикулоцитов и эритроцитов в периферическую кровь. Эритро-поэтин активирует цитоз и созревание эритроцитов из клеток - предшественников эритроцитарного ряда, мобилизуя тем самым резервы костномозгового кроветворения в ответ на действие стресса [4, 6, 10].
Библиографический список
1. Боровиков, В. Біаіівііса: искусство анализа данных на компьютере + СБ /В. Боровиков.- СПб.: Питер, 2010.- 656 с.
2. Горизонтов, П. Д. Стресс и система крови /П. Д. Горизонтов, О.И. Белоусова, М.И. Федотова. - М.: Медицина, 1983.- 238 с.
3. Захаров, Ю.М. Роль обратных связей в регуляции эритропоэза /Ю.М. Захаров // Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова. - 2006. -Т.92. - № 9. - С. 1033-1043.
4. Borovikov, V/ Statistic: art of the analysis of the data on the computer + CD/ - 2001. About SPb.: Peter. - 656 p.
5. Gorisontov, P.D. Stress and blood system / P.D. Gorisontov, O.I. Belousova, M.I. Fedotova. - M: Medicine, 1983. - 283 p.
6. Zakharov, U.M. Role of Feedback in regulation of erythropoiesis / U.M. Zakharov // The Russian physiological magazine of I.M. Setchenov. - 2006. T. 92. -№ 9. - p. 1033-1043.
7. Bessis, M.C. Erytrhropoiesis: Comparitision of in vivo and in vitro amplification / M.C. Bessis, C. Mize, M.Prenant //Blood Cells. - 1978. -Vol. 4. N 1-2. - P. 155-174.
8. Desiderato, O. Development of gastric ulcers in rats following stress termination /0. De-siderato, J.R. Mac Kinnon, H.J. Hisson //Comp. physiol. Psychol. - 1974.- V. 87.- P. 208-214.
9. Ganong, Review of medical physiology /Ganong, F. William. - New York: Lange Medical Books/McGraw-Hill, 2001.- 518 p.
10. Grimm, C. Hypoxic preconditioning and erythropoietin protect retinal neurons from degeneration / C. Grimm, A. Wenzel, N. Acar //Adv. Exp. Med. Biol.- 2006. -N. 588. -P. 119-131.
11. Mennini, T. Nonhematopoietic erythropoietin derivatives prevent motoneuron degeneration in vitro and in vivo / T. Mennini , M. De Paola, P. Bigini //Mol. Med.- 2006. - N.12. (7-8).- P. 153-160.
12. Oster, H.S. Erythropoietin in clinical practice: current use, effect on survival, and future directions / H.S. Oster, M. Hoffman, S. Prutchi-Sagiv //Isr. Med. Assoc. J.- 2006 .- N. 8(10). - P. 703-706.
13. Sonoda, Y. Surface morphology of the central macrophages of erythroblastic islets in the spleen of aged and pregnant mice: an immunohistochemical light microscopic study /Y. Sonoda, K. Sasaki //Archives of Histology and Cytology.- 2008.- Vol. 71 , No. 3.- P. 155-161.
14. Wojchowski, D.M. Erythropoietin-dependent erythropoiesis: New insigthts and questions / D.M. Wojchowski, M.P. Menon, P. Sathyanaryana // Blood Cells Mol Dis.- 2005.- Vol. 36.- P. 232-238.
Bibliography
1. Bessis, M.C. Erytrhropoiesis: Comparitision of in Vivo and in Vitro Amplification / M.C. Bessis, C. Mize, M.Prenant // Blood Cells. - 1978. - Vol. 4. - N 1-2. - P. 155-174.
2. Borovikov, V. Statistics: Art of Data Analysis on the Computer + CD / V. Borovikov. -SPb.: Peter, 2010. - 656 p.
3. Desiderato, O. Development of Gastric Ulcers in Rats Following Stress Termination / 0. Desiderato, J.R. Mac Kinnon, H.J. Hisson //Comp. Physiol. Psychol. - 1974.- V. 87.- P. 208-214.
4. Ganong. Review of Medical Physiology / Ganong, F. William. - New York: Lange Medical Books / McGraw-Hill, 2001. - 518 p.
5. Gorisontov, P.D. Stress and Blood System / P.D. Gorisontov, O.I. Belousova, M.I. Fedotova. - M: Medicine, 1983. - 283 p.
6. Grimm, C. Hypoxic Preconditioning and Erythropoietin Protect Retinal Neurons from Degeneration / C. Grimm, A. Wenzel, N. Acar //Adv. Exp. Med. Biol.- 2006. - N. 588. - P. 119-131.
7. Mennini, T. Nonhematopoietic Erythropoietin Derivatives Prevent Motoneuron Degeneration in Vitro and in Vivo / T. Mennini, M. De Paola, P. Bigini // Mol. Med.- 2006. - N.12. (7-8).-P.153-160.
8. Oster, H.S. Erythropoietin in Clinical Practice: Current Use, Effect on Survival, and Future Directions / H.S. Oster, M. Hoffman, S. Prutchi-Sagiv // Isr. Med. Assoc. J.- 2006 .- N. 8(10). - P. 703-706.
9. Sonoda, Y. Surface Morphology of the Central Macrophages of Erythroblastic Islets in the Spleen of Aged and Pregnant Mice: An Immunohistochemical Light Microscopic Study / Y. Sonoda, K. Sasaki // Archives of Histology and Cytology.- 2008.- Vol. 71. - No. 3. - P. 155-161.
10. Wojchowski, D.M. Erythropoietin-Dependent Erythropoiesis: New Insigthts and Questions / D.M. Wojchowski, M.P. Menon, P. Sathyanaryana // Blood Cells Mol Dis.- 2005. - Vol. 36.-P. 232-238.
11. Zakharov, Yu.M. The Role of Feedback in Erythropoiesis Regulation / Yu.M. Zakharov // The Russian Physiological Magazine n.a. I.M. Sechenov. - 2006. V. 92. - № 9. - P. 1033-1043.
