Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Функциональные и метаболические эффекты симпато-адреналовой системы и стресс

Тапбергенов С. О., Тапбергенов Т. С., Советов Б. С.,

5. Стресс и иммунные механизмы

На протяжении последних десятилетий появилось большое число публикаций о тесной связи между стрессом и супрессией иммунинитета, играющей большую роль в патогенезе не только так называемых психосоматических заболеваний, но и аллергических, аутоиммунных, онкологических заболеваний.

Доказательства о наличии супрессии иммунитета, как одного из ведущих физиологических механизмов, реализующих патогенное воздействие стресса, были получены при проведении эпидемиологических исследований популяций, находящихся в неблагоприятных условиях существования, испытывающих ускоренные социологические, профессиональные и другие сдвиги.

Особого внимания заслуживают данные о состоянии иммунной системы после воздействия на организм различных видов лучевой энергии. Широко известны тяжелые последствия атомных взрывов в городах Нагасаки и Хиросима в 1945 году, взрыв атомного реактора в Чернобыле в 1986 году и испытаний на Семипалатинском ядерном полигоне Восточно-Казахстанской области (ВКО).

Известно, что любые лучевые воздействия вызывают повреждения органов иммунной системы, гибель лимфоцитов, плазматических клеток и других структур, выполняющих защитные функции, что приводит к развитию иммунодефицитных состояний и, как следствие – опухолевые и другие тяжелейшие заболевания.

Так согласно экспериментальным данным Григоренко Д.Е., Ерофеевой Л.М. и соавторов (1997) уже через сутки после однократного воздействия гамма-лучами в дозе 4,0 Гр у мышей-самцов линии BALB/с 3,5–4-месячного возраста в тимусе и селезенке резко уменьшается плотность распределения клеток. Общее количество клеточных элементов в тимусе уменьшается на 30 %, а в селезенке – более чем в 2 раза, по сравнению с контролем. В тимусе полностью исчезают клетки с картинами митоза, а в селезенке резко возрастает количество деструктивно измененных и разрушенных клеток, а также макрофагов.

Аналогичная картина наблюдалась в исследовании Ерофеевой Л.М. и соавторов (2000) у мышей после воздействия ускоренными ионами углерода с энергией 300 МэВ/нуклон в дозе 4,0 Гр. В наибольшей степени повреждаются молодые формы лимфоцитов, резко снижается митотическая активность, увеличивается количество бластов.

В наших исследованиях было изучено функциональное состояние иммунной системы у детского и взрослого населения ВКО при радиационном стрессе и в контрольной группе. Исследования показали, что у девочек при радиационном стрессе (табл. 8) снижается уровень Т-лимфоцитов и IgA. У мальчиков снижается уровень ТФЧ-РОК, IgA, IgМ, IgG и фагоцитарное число.

Таблица 8

Показатели иммунного статуса у детей при радиационном стрессе

Примечание. * различия статистически значимы в сравнении с контролем, р < 0,05.

У взрослых (женщины и мужчина) при радиационном стрессе (табл. 9) увеличивается относительное число лимфоцитов. Снижается уровень Т-лимфоцитов, количество иммуноглобулинов IgA, IgМ, IgG и увеличивается число ТФУ-РОК (Т-хелперы) и ТФЧ-РОК (Т-супрессоры).

Таким образом, при исследовании состояния иммунного статуса при радиационном стрессе обнаружена недостаточность общего количества иммунных клеток, особенно Т-супрессоров, и снижение продукции иммуноглобулинов. Изменения функциональной активности Т-звеньев иммунитета более выражены у взрослых, чем у детей.

Экспериментальный нейрогенный, эмоциональный или иммобилизационный стресс приводит к супрессии как гуморального, так и клеточного звена иммунитета. При чем, выраженность иммуносупрессии находится в прямой зависимости от силы и длительности существования стресса (Keller S., et al., 1981, 1984, Меерсон Ф.З. и др., 1985). Так, если после острого физического стресса иммунные сдвиги наблюдались в течение нескольких дней (3-дневная супрессия функций клеточного иммунитета у спортсменов, студентов во время сессии, астронавтов), то при длительном стрессорном воздействии (стресс утраты) иммунодепресия сохранялась около двух лет. При этом существенно снижается активность натуральных киллеров и нарушается синтез интерферона.

Таблица 9

Показатели иммунного статуса взрослых при радиационном стрессе

Примечание. * различия статистически значимы в сравнении с контролем, р < 0,05.

Угнетение функции иммунной системы при стрессе связывают с подавлением активности Т-системы, изменением удельного количества рециркулирующих Т-клеток по отношении к В-клеткам и макрофагам.

При длительном и выраженном психоэмоциональном, болевом, травматическом, операционном и других видах стресса подавляется пролиферативная активность Т-клеток, снижается уровень Т-хелперов (Д.А. Ордабаева, 1989), при возможном повышении уровня Т-супрессоров (Аскалонова А.А. и др., 1985). В адаптационной фазе стресса происходит повышение активности Т-хелперов (Kronfol Z., 1984).

Исследованиями Ш.Б. Садыкова (1990) было обнаружено, что реакция Т-системы иммунитета при стресс воздействии характеризуется транзиторным угнетением клеточного звена иммунитета и стойким подавлением продукции АТОК и ЦИК в течение 120 часов после стрессирования животных.

Вместе с тем, при стрессе снижается функциональная активность и В-системы иммуннитета. Снижается уровень В-клеток (Gisler R., 1971), продукция и количество иммунноглобулинов (Wagner V., et al., 1975, Dorian B. et al., 1982).

Иммуносупрессивное действие стресса опосредуется и сопровождается сложным комплексом физиологических феноменов. До недавнего времени считалось, что стресс влияет на иммунитет опосредовано, через ось гипоталямус-гипофиз-надпочечники посредством увеличения синтеза кортикостероидов, а также адреналина (Selye H., 1976).

Установлено, что повышение уровня кортикостероидов нарушает функции клеточного и гуморального звеньев иммунитета, меняет количественные соотношения Т- и В-лимфоцитов, влияет на процессы миграции и циркуляции лимфоидных клеток, снижает продукцию лимфокинов, подавляет фагоцитоз.

Однако, в 1984 году Munck A. и др. высказали предположение, что вызываемая кортикостероидами иммуносупрессия служит превентивной мерой против иммунной гиперреактивности и аутоиммунных процессов, способных существенно осложнить течение реакции на стресс.

S. Keller с соавторами (1983) обнаружили, что лимфопения при стрессе зависит от уровня кортикостероидов, но супрессия реакции бласттрансформации лимфоцитов после стресса наблюдается у экспериментальных животных и с удаленными надпочечниками.

Исключительная роль кортикостероидов в регуляции иммунного ответа опровергается исследованиями, показавшими влияние ряда других гормонов на иммунитет, среди которых СТГ, тироксин, пролактин, оказывающие посредством цАМФ воздействие на лимфоциты и приводящие к выработке лимфокинов и к синтезу антител (Rey A. et al., 1981).

Противоречивость данных о роли кортикостероидов и других гормонов в структуре иммуномоделирующих механизмов стресса свидетельствует о комплексном характере, предполагающем участие других регуляторных систем организма.

Помимо эндокринной системы, в регуляции иммунного ответа принимает нервная система. Регулирующее влияние на иммунную систему оказывают такие структуры мозга как передний гипоталамус, гиппокамп и ретикулярная формация участие которых в развитии нейрогенного, эмоционального стресса не вызывает сомнений (Ведяев Ф.П., 1975, Ведяев Ф.П., Воробьева Т.М., 1980).

Показано, что разрушение области переднего гипоталамуса снижает функциональную активность клеточного иммунитета, влияние на синтез антител, повреждает систему комплемента, нарушает фагоцитоз, нарушается архитектоника селезенки и лимфатических узлов. Разрушение ретикулярной формации или верхнего холмика крыши среднего мозга ведет к инволюции тимуса.

Не исключено, что осуществление связи между передним гипоталамусом и иммунными структурами включает в себя как промежуточное звено, гипофиз с его контролем синтеза стероидов и некоторых других гормонов.

Нейромедиаторы вегетативного отдела нервной системы оказывают существенное влияние на иммунные процессы. На лимфоцитах обнаружены рецепторы к катехоламинам (Bourne H. et al., 1974), через которые они влияют на процессы пролиферации и трансформации лимфоцитов, розеткобразования, синтез антител, цитотоксичность и межклеточный уровень цАМФ. В тоже время показано, что катехоламины приводят к снижению хемитаксиса и фагоцитарной активности моноцитов и нейтрофилов.

Введение адреналина пациентам, страдающим аллергическими заболеваниями, приводило к повышению в крови уровня плазмина, активирующего систему комплемента. Аналогичные сдвиги имеют место и при стрессе (Teshima H. et al., 1974).

Установлено, что нейроэндокринные структуры не только влияют на иммунную систему, но и по принципу обратной связи получают информацию об осуществлении иммунного ответа. Учитывая, что в ходе иммунной реакции снижается уровень норадреналина не только в гипоталамусе, но и в лимфоидных органах, в частности в селезенке, можно предположить, что это обусловлено одними и теми же медиаторами и является единым «симпатическим рефлексом» на иммунный ответ (Ордабаева Д.А., 1989).

Другой возможный физиологический механизм иммуносупрессивного действия стресса связан с эндогенными опиатами, система которых четко реагирует на воздействие стрессоров повышением уровна бета-эндорфина в плазме. Повышение уровня эндорфина прямо связано с интенсивностью стресса (Mueller G., 1981).

На различных моделях показано, что опиатная аналгезия, вызываемая стрессом, ведет к иммуннодепрессии, тогда как иные виды аналгезии иммуннодепрессию не вызывают. К тому же были обнаружены опиатные рецепторы на лимфоцитах и нейтрофилах (McCain H. et al., 1982).

Y. Shavit c соавторами (1984) наблюдали супрессию цитотоксической активности натуральных киллеров при аналгезии опиатами и пришли к выводу, что опиаты опосредуют иммунодепрессию при дефиците адаптивных процессов.

Вместе с тем, возможные механизмы, способствующие и сопутствующие иммуносупрессивному действию стресса, не исчерпываются вышеприведенными данными, так как многие другие гормоны и нейромодуляторы влияют на состояние иммунитета и в то же время реагируют на стресс, или обеспечивают его механизмы.

Для оценки функционального состояния иммунной системы и диагностики нарушений ее функции необходимы специальные методы, учитывающие особенности ферментативных процессов в иммунокомпетентных клетках.

Известно, что в зависимости от отношения Т-лимфоцитов к теофиллину различают два типа клеток: теофиллин-чувствительные Т-лимфоциты (Т-супрессоры), активность их зависит от цАМФ и теофиллин-резистентные лимфоциты (Т-хелперы), на активность которых цАМФ не влияет.

Уровень цАМФ в клетке определяется скоростью его синтеза и распада: синтез осуществляется из АТФ под воздействием аденилатциклазы, а разрушение цАМФ обеспечивается фосфодиэстеразой. На активность аденилатциклазы кроме известных гормонов, влияет аденозин, инозин, АМФ, АТФ. Активность фосфодиэстеразы блокируется теофиллином и другими подобными соединениями. Следовательно, функциональная активность лимфоцитов, а также в целом состояние иммунных реакций связана с функцией ферментов, контролирующих уровень аденозина, инозина, АМФ и цАМФ.

Ферменты цикла пуриновых нуклеотидов аденозиндезаминаза (АДА), 5`-нуклеотидаза (5`-НТ) и АМФ-дезаминаза (АМФ-ДА), обеспечивают метаболические превращения пуриновых нуклеотидов и контролируют уровень специфических внутриклеточных модуляторов, таких как АМФ, аденозин и инозин.

В свою очередь аденозин, инозин, АМФ, ИМФ принимают непосредственное участие в метаболизме лимфоцитов, их созревании и имеют прямое отношение к иммунорегуляторным процессам в организме. Так инозин активирует ферменты лизиса некротических масс, ускоряет созревание соединительной ткани, увеличивает активность противоопухолевых и антиоксидантных ферментов (Sеmerjyn G.H., Sеmerjyn G.AH., Trchounian A.H., 2018).

Изменения активности ферментов цикла пуриновых нуклеотидов способны вызвать нарушения функциональных свойств лимфоцитов, например, обусловить декоординацию иммунных процессов. Так дефицит аденозиндеаминазы, в первую очередь, поражает Т-клетки и сопровождается не только накоплением аденозина, но и 2´-дезокси аденозина и 2´-O-метиладенозина, вызывающих апоптоз лимфоцитов.

Известно, что дефекты ферментов участвующие на разных этапах метаболизма пуриновых нуклеотидов приводят к развитию разного рода заболеваний. Степень глубины развития патологического процесса напрямую связаны с изменениями активности ферментов метаболизма пуриновых нуклеотидов.

Примером таких заболевания является подагра, синдром Леша-Нихана, иммунодефициты, различного рода болезни соединительной ткани, воспалительные заболевания суставов. Синдром Леша-Нихана является генетическим заболеванием, при котором нарушен метаболизма пуринов и проявляется неврологическими нарушениями, задержкой психомоторного развития, церебральным параличом, уратной нефропатией.

Зарегистрирована высокая активность АДА в синовиальной жидкости таких артритов, как реактивный артрит, анкилозирующий спондилоартрит, подагра и ювенильный идиопатический артрит. Установлено, что определение активности АДА, АМФДА и АД в лизатах лимфоцитов, эритроцитов и плазме крови больных РА способствуют выявлению и уточнению степени активности ревматоидного процесса, фазы клинической ремиссии (Ушакова И.С., 2012).

В литературе описаны два иммунодефицита, связанные с нарушением активности ферментов контролирующих уровень аденозина в лимфоцитах. Описана тяжелая форма иммунодефицита, вызванная недостаточностью аденозиндезаминазы. При этом иммунодефиците снижается количество и нарушается функция как тимусзависимых лимфоцитов (Т-лимфоциты), так и лимфоцитов костного мозга (marrow-derived) – В-лимфоцитов. Это может быть вызвано увеличением количество в лимфоцитах аденозина, который подавляет активность аденилатциклазы. Однако, имеются данные о том, что аденозин в низких концентрациях снижает, а в высоких – повышает уровень цАМФ.

Аденозин и его аналоги являются селективными стимуляторами Т-лимфоцитов, в частности, Т-супрессоров. Стимуляция Т-супрессоров аденозином может вызвать ограничение функции В- и Т-лимфоцитов. Следует принять во внимание то, что эффект аденозина зависит не только от его количества, но и вероятно, от соотношения уровня аденозина с другими модуляторами, такими как инозин, ИМФ и АМФ.

Подтверждением вышесказанного служат данные о иммуностимулирующем действии С-замещенных аналогов аденозина. В период восстановления иммунного ответа у иммунокомпрометированных животных аналог аденозина стимаден стимулирует гуморальное звено иммунитета по числу АТОК. У этих же животных С-замещенный аналог аденозина вызывает выраженную стимуляцию клеточного иммунитета, вплоть до полного восстановления, а также усиливает кооперацию Т- и В-лимфоцитов.

Очевидно, что с явлением сочетанного действия аденозина, ИМФ, инозина и АМФ, связана вторая форма иммунодефицита, вызванная недостаточностью 5`-нуклеотидазы. При этой, более легкой форме иммунодефицита, функции В-лимфоцитов остаются нормальными, но нарушаются функции Т-лимфоцитов. Недостаток 5`-нуклеотидазы приводит к увеличению уровня АМФ и снижению уровня аденозина в Т-лимфоцитах, но не изменяет активность аденилатциклазы.

Таким образом, анализ литературных данных свидетельствует о том, что процессы, обеспечивающие функции иммунной системы при стрессе, зависят от активности 5`-нуклеотидазы, аденозиндезаминазы и АМФ-дезаминазы.

В связи с вышесказанным, для оценки функциональной полноценности иммунной системы и характеристики нарушений ее функции нами предложен способ, учитывающий изменения активности 5`-нуклеотидазы, аденозиндезаминазы и АМФ-дезаминазы в лимфоцитах крови (Табергенов С.О., Тапбергенов Т.С., 2004). Как показали наши исследования, более значимую информацию о функциональном состоянии иммунной системы дают показатели соотношения активности аденозиндезаминазы, 5`-нуклеотидазы и АМФ-дезаминаза в виде коэффициентов А и В (Тапбергенов С.О., Тапбергенов Т.С., 2005; Тапбергенов С.О. Тапбергенов Т.С., патент № 25985, изобретение № 9176 от 19.03 1998, Казахстан).

Коэффициент А – это соотношение активности 5`-нуклеотидазы/АМФ-дезаминазы. Коэффициент А указывает на соотношение уровня аденозина и ИМФ в лимфоцитах. Чем выше коэффициент А, тем больше образуется аденозин. Чем ниже коэффициент А, тем больше – ИМФ и меньше аденозина, что указывает на нарушение функции Т-лимфоцитов.

Коэффициент В – это соотношение активности аденозиндезаминазы/АМФ-дезаминазы. Коэффициент В указывает на уровень инозина. Чем выше коэффициент В, тем больше инозина и меньше аденозина и ИМФ. Чем ниже коэффициент В, тем на фоне увеличения уровня аденозина, больше меняется соотношение аденозина и ИМФ в сторону увеличения ИМФ, что приводит к изменению функций, как Т-лимфоцитов, так и В-лимфоцитов.

В эксперименте на белых крысах, нами был проведен сравнительный анализ реакций клеточного и гуморального звеньев иммунитета и активности ферментов пуринового метаболизма в лимфоцитах при иммобилизационном (табл. 10) и радиационном стрессе (табл. 11).

Таблица 10

Показатели иммунитета и активность ферментов пуринового метаболизма лимфоцитов белых крыс в разные сроки нейрогенного стресса

Примечание. * различия статистически значимы в сравнении с контролем, р < 0,05.

При иммобилизационном стрессе (табл. 10) обнаружено увеличение РТМЛ только первые 24 часа. Уровень ЦИК и АТОК в ходе наблюдений после иммобилизации снижалась. В лимфоцитах крови иммобилизованных крыс во все периоды активность АМФ-дезаминазы и 5`-нуклеотидазы возрастала (р < 0,05) а активность аденозиндезаминазы первые 24–48 часов после иммобилизации снижается. При этом установлено, что коэффициент А резко возрастает, а коэффициент В снижается.

Эти изменения активности ферментов в лимфоцитах приводят к накоплению аденозина, что в свою очередь вызывает стимуляцию синтеза МIF-фактора и ускорение реакции торможения миграции макрофагов, то есть нормализуется Т-хелперная функция. В дальнейшем аденозин активирует аденилатциклазу, стимулируются Т-супрессоры, что приводит к умеренному ослаблению функции В-лимфоцитов.

Сравнительный анализ показателей иммунного статуса, РТМЛ, уровня ЦИК и активности ферментов пуринового метаболизма в лимфоцитах и с уровнем коэффициентов А и В, а также литературные данные позволили сделать следующие выводы:

1. Снижение коэффициента А в лимфоцитах ниже контрольных величин свидетельствует либо об ограничении функции Т-хелперов, либо – Т-хелперной недостаточности.

2. Увеличение коэффициента А в лимфоцитах может быть показателем нормальной реактивности клеточного иммунитета и адекватного Т-хелперного ответа

3. Снижение коэффициента В в лимфоцитах свидетельствует о значительной активации Т-супрессоров и нарушении функциональной взаимосвязи клеточного и гуморального иммунитета

4. При увеличении коэффициента В в лимфоцитах может быть расценено как восстановление полноценной функциональной взаимосвязи клеточного и гуморального иммунитета.

Таким образом, нейрогенный стресс приводит к изменению соотношения уровня метаболитов пуринового обмена, что вызывает стимуляцию функции клеточного и гуморального иммунитета.

Подтверждением вышесказанного стали результаты исследования показателей иммунитета и активности ферментов пуринового метаболизма при радиационном стрессе. Были использованы животные, подвергавшиеся однократному воздействию радиации с разной дозой облучения (табл. 11).

Радиационный стресс приводил к дозозависимым изменениям клеточного и гуморального иммунитета. При этом, достоверные изменения активности АМФ-дезаминазы наблюдались при дозе облучения 6 Гр, 5’-нуклеотидазы – при дозе облучения 2 Гр и 0,2 Гр.

Во всех случаях наблюдалось достоверное снижение коэффициентов А и В. При чем, более выражено коэффициенты А и В снижались при дозе облучения в 6 Гр. Вследствие изменения активности ферментов пуринового метаболизма при радиационном стрессе в лимфоцитах нарастает уровень ИМФ и аденозина, что приводит к ограничению функции Т-хелперов и к усилению Т-супрессии. В целом развивается функциональная недостаточность Т- и В-звеньев иммунитета, приближающаяся к иммунодефициту.

Таблица 11

Показатели иммунитета и активность ферментов пуринового метаболизма лимфоцитов белых крыс через 30 дней после воздействия радиации

Примечание. * различия статистически значимы в сравнении с контролем, р < 0,05.

Сравнительный анализ показателей иммунитета у животных при иммобилизации с предшествующим облучением животных в дозе 6 Гр показал, что на более выраженные изменения покзателей (табл. 12).

При облучении снижается количество лимфоцитов, увеличивается фагоцитоз, наблюдаются фазные изменения уровня ЦИК. Кроме того, в период с 72 часа до 120 часов после иммобилизации наблюдаются изменения активности ферментов пуринового метаболизма, вначале (через 48 часов после облучения) снижение коэффициента А, а затем увеличение через 72 и 120 часов после облучения коэффициентов А и В.

Таким образом, изменения коэффициентов А и В в лимфоцитах отражают динамику формирующихся адаптационных процессов иммунитета в ответ на стресс.

Таблица 12

Показатели иммунитета и активность ферментов пуринового метаболизма у облученных животных (6 Гр) в разные сроки нейрогенного стресса

Примечание. * различия статистически значимы в сравнении с контролем, р < 0,05).

При нейрогенном стрессе на фоне облучения, вначале происходит ограничение функции Т-хелперов, а затем идет активация реактивности клеточного иммунитета и адекватный Т-хелперный ответ и последующая активация функциональной взаимосвязи клеточного и гуморального иммунитета.