Влияние дозированного температурного воздействия на иммунофизиологические механизмы в эксперименте
На правах рукописи
Фишер Татьяна Александровна
ВЛИЯНИЕ ДОЗИРОВАННОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ИММУНОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
03.00.13 – физиология
14.00.36 – аллергология и иммунология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Тюмень – 2007
Работа выполнена в НИИ общей и прикладной криологии Тюменского государ ственного нефтегазового университета и Тюменского научного центра Сибир ского отделения Российской Академии наук Государственном учреждении «НИИ клинической иммунологии» (Тюменский филиал) Сибирского отделения Российской Академии медицинских наук Институте Криосферы Земли Сибирского отделения Российской Академии наук Научные руководители:
Доктор медицинских наук, профессор Суховей Юрий Геннадьевич Доктор биологических наук Калёнова Людмила Федоровна
Официальные оппоненты:
Доктор биологических наук, профессор Кузнецов Александр Павлович Доктор медицинских наук Кохан Муза Михайловна
Ведущая организация:
Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской Академии Наук г. Екатеринбург
Защита состоится «26» мая 2007 г. в 12 часов на заседании Диссертационного совета ДМ 212.274. 07 в Тюменском государственном университете (625043, г.
Тюмени, ул. Пирогова, 5)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государствен ного университета
Ученый секретарь Диссертационного совета Доктор биологических наук, профессор Е.А. Чирятьев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. В процессе эволюции у теплокровных организмов сформи ровалась система терморегуляции, которая способствовала расширению ареала их обитания в широких пределах колебаний внешней температуры, сохраняя при этом постоянство внутренней температуры (В.И. Филимонов, 2002). Из вестно, что система терморегуляции, как и другие физиологические системы организма, включает в себя: 1) афферент – специфические рецепторы;
2) цен тральное звено – структуры нейрогуморальной регуляции на разных уровнях ЦНС;
3) исполнительное звено – эффекторные органы (Р. Шмит, Г. Тевс, 1996).
В то же время, система терморегуляции не имеет собственных эффекторных органов и использует для сохранения температурного гомеостаза эффекторные механизмы других систем – кровообращения, дыхания, выделения, обмена ве ществ и других, участвующих в сохранении гомеостаза (И.И. Лизунова, 1985;
В.Н. Черниговский, 1969).
В настоящее время значительно возрос интерес к изучению физиологиче ских механизмов влияния температурного фактора на функциональную актив ность иммунной системы.
Установлено, что у лиц, занимающихся экстремальным видом закаливания – «моржеванием», на иммунокомпетентных клетках повышается экспрессия маркеров активации и апоптоза, изменяется соотношение популяций лимфоци тов (Ю.Г. Суховей с соавт., 2002), в частности происходит снижение числа Т лимфоцитов в периферической крови (Ю.В. Ветрова и соавт., 2000).
Экспериментальными исследованиями показано, что в условиях гипо- и гипертермии изменяются дифференцировка и активность апоптоза лимфоцитов в тимусе (F.Z. Meerson, 1994), спектр и концентрация интерлейкинов в систем ной циркуляции (Г.В. Трунова, 2003;
R.J. Brenner, 1999;
K.S. Madden, D.L. Fel ten, 1995), снижается общая активность клеточного и гуморального иммунитета (Л.И. Аржакова, 2000), а также специфического иммунного ответа (Т.В. Козы рева с соавт., 1987).
Умеренные режимы температурного воздействия – обливание холодной водой и контрастные водные процедуры способствуют повышению устойчиво сти организма к простудным заболеваниям вирусной и бактериальной этиоло гии (Ю.Г. Солонин, Е.А. Кацюба, 2003;
К. Kauppinen, 1989;
С. Castellani et. al., 1999;
М. Tipton et. al., 1999;
В. Dugue, Е. Leppanen, 2000;
S. Vybiral S. 2000). Со временные данные свидетельствуют, что в зависимости от силы и длительности воздействия температурный фактор может оказывать как супрессивное, так и стимулирующее влияние на функциональную активность иммунной системы.
Возникает необходимость разобраться в потоке информации и установить, в каких условиях температурный фактор повышает, а в каких снижает функцио нальную активность иммунной системы.
Наиболее распространено мнение о том, что механизмы влияния темпера турного фактора на иммунную систему базируются на общебиологических за кономерностях адаптации (Н.А. Агаджанян, 1984;
1985;
2001;
П.В. Симонов, 1993;
В.А. Матюхин, А.Н. Разумов, 1999;
Т. Akarstedt, М. Gillbers, 1980;
А.С.
Baker, 1993). В то же время известно, что в реакциях антибактериальной и ан тивирусной защиты принимают участие, во-первых, антигенспецифичные лим фоциты, во-вторых – разные звенья иммунной системы – клеточное и/или гу моральное (А.А. Ярилин, 1990). Однако физиологические механизмы влияния температурного фактора на неспецифические и специфические механизмы им мунной системы изучены недостаточно. В этой связи изучение влияния темпе ратурного фактора на организм человека и животных, необходимо рассматри вать не только с позиции современной физиологии, но и иммунологии. Иссле дование этой проблемы может иметь теоретическую значимость – способство вать расширению знаний о механизмах взаимодействия между терморегуля торной и иммунной системами, а также практическую – для определения кон кретных режимов температурного воздействия, оказывающих селективное (стимулирующее или супрессирующее) влияние на функциональную актив ность клеточного или гуморального иммунитета, в том числе к инфекционным антигенам.
Цель исследования – изучить влияние дозированных водно температурных воздействий на неспецифические и специфические реакции иммунной системы в модельном эксперименте.
Задачи:
1. Изучить влияние дозированных водно-температурных воздействий (ги потермального, гипертермального, гипо-гипертермального и гипер гипотермального) на структурные параметры иммунной системы – морфофи зиологическую активность органов, клеточный состав костного мозга и пери ферической крови.
2. Оценить влияние дозированных водно-температурных воздействий на функциональную активность факторов неспецифической иммунорезистентно сти, антигеннезависимый и антигензависимый этапы формирования специфи ческого иммунного ответа на гетерологичные антигены.
3. Определить режимы дозированных водно-температурных воздействий, способствующие повышению активности специфического иммунного ответа на вирусные и бактериальные антигены вакцинных штаммов.
4. Установить влияние интенсивности и длительности водно температурного воздействия на функциональную активность клеточного и гу морального иммунитета и длительность сохранения структурного следа.
Научная новизна работы.
Впервые проведено комплексное исследование влияния кратковременных режимов водно-температурных воздействий на структурно-функциональные параметры иммунной системы на разных уровнях ее организации – морфофи зиологическую активность органов, клеточный состав костного мозга и пери ферической крови, функциональную активность факторов неспецифической иммунорезистентности, клеточного и гуморального иммунитета, формирование специфического иммунного ответа на гетерологичные, вирусные и бактериаль ные антигены вакцинных штаммов.
Разработаны экспериментальные модели селективной активации клеточно го и/или гуморального иммунитета с помощью определенных режимов водно температурного воздействия.
Выявлено, что гипотермальное воздействие (+7+9°С в течение 5 секунд в течение 5 дней) повышает активность клеточного (ГЗТ in vivo), гипертермаль ное (+40+42°С в течение 30 секунд в течение 5 дней) – гуморального (АОК в селезенке), контрастное гипер-гипотермальное воздействие (1 цикл смены тем пературы воды с +40+42°С в течение 30 секунд на +7+9°С в течение 5 секунд в течение 5 дней 2 раза в неделю в течение 3 недель) – функциональную актив ность клеточного и гуморального иммунитета, которая сохраняется на повы шенном уровне более 3 недель после прекращения температурного воздейст вия.
Установлены температурные режимы, способствующие повышению ак тивности клеточного иммунного ответа на вирусные («Ваксигрипп») и бактери альные (БЦЖ) антигены вакцинных штаммов.
Положения, выносимые на защиту.
1. Кратковременные режимы водно-температурного воздействия оказы вают значимое влияние на морфофизиологическую активность органов иммун ной системы, клеточный состав костного мозга и периферической крови, функ циональную активность макрофагов.
2. Определенные режимы водно-температурного воздействия оказывают стимулирующее влияние на антигеннезависимую часть специфического кле точного и гуморального иммунного ответа на гетерологичные антигены.
3. Определенные режимы водно-температурного воздействия способст вуют повышению активности клеточного иммунного ответа на вирусные и бак териальные антигены вакцинных штаммов.
Практическая и теоретическая значимость.
Разработаны биологические модели для изучения влияния дозированных водно-температурных воздействий на структурно-функциональные параметры иммунной системы.
Определены физиологические параметры (цикличность, длительность и периодичность) температурных режимов, способствующих селективной акти вации клеточного и/или гуморального иммунитета на гетерологичные и инфек ционные антигены вирусной и бактериальной этиологии.
Проведенные исследования позволили расширить представления о физио логических механизмах взаимодействия между терморегуляторной и иммунной системами. Установлено, что кратковременное водно-температурное воздейст вие оказывает значимое влияние на иммунную систему на разных уровнях ее организации, начиная от костномозгового кроветворения до эффекторной ста дии иммунного ответа на антиген.
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены на I Всероссийской конфе ренции «Физиология иммунной системы» и I Всероссийской конференции по иммунотерапии, г. Дагомыс, 2003;
Объединенном иммунологическом форуме с международным участием, г. Екатеринбург, 2004;
VIII Всероссийском научном Форуме с международным участием имени академика В.И. Иоффе «Молеку лярные основы иммунорегуляции, иммунодиагностики и иммунотерапии», г.
Санкт-Петербург, 27-30 сентября 2004 г.;
Международной конференции «Крио сфера нефтегазоносных провинций», г. Пущино, 2004 г.;
Международной кон ференции «Приоритетные направления в изучении криосферы земли», г. Тю мень, 2005 г.;
III городской научно-практической конференции «Амбулаторно поликлиническая помощь жителям города Тюмени», г. Тюмень, 2005;
Научно практической конференции, посвященной 25-летию ЦНИЛ ЧелГМА, г. Челя бинск, 16-17 марта 2006 г.;
Международной конференции «Криосфера нефтега зоносных провинций», г. Тюмень, 30 мая 2006 г.
Материалы диссертации внедрены для апробации в лечебно оздоровительные программы ТФ ГУ «НИИ клинической иммунологии» г. Тю мени и НИИ общей и прикладной криологии ТюмГНГУ и ТНЦ СО РАН, в про филактическую программу общеобразовательного учреждения гимназии № г.Тюмени;
включены в лекционный курс преподавания иммунологии и фи зиологии на биологическом факультете ТГУ.
Публикации по теме диссертации.
Опубликовано 12 печатных работ, в том числе в журналах, рекомендован ных ВАК, получены 2 патента на изобретения.
Структура диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, 3 глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов и практических рекомендаций. Работа изложена на 122 страницах печатного текста, иллюстри рована 18 таблицами и 28 рисунками. Библиографический указатель включает 115 отечественных и 58 работ иностранных авторов.
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Материалы и методы исследования.
Объекты исследования. В работе использовались лабораторные мыши одного возраста и популяции (n=1512). Животные содержались в стандартных условиях вивария. Эвтаназия животных проводилась методом дислокации шей ных позвонков (Приказ № 1045-73 Минздрава СССР от 06.04.1973 г. и Минвуза СССР № 742 от 13.11. 1984 г.). Взятие крови проводилось после декапитации животных (Е.У. Пастер с соавт., 1989).
Исследования выполнены на 4 базовых биологических моделях:
1. Модель «гипотермального воздействия» – экспозиция животных в во де t° +7+9°С в течение 5 секунд один раз день в течение 5 дней. Группа «Х».
2. Модель «гипертермального воздействия» – экспозиция животных в воде t° +40+42°С в течение 30 секунд один раз день в течение 5 дней. Группа «Г».
3. Модель «гипо-гипертермального воздействия» – один цикл контраст ной смены температуры воды с холодной +7+9°С (5 секунд) на горячую +40+42°С (30 секунд) один раз день в течение 5 дней. Группа «Х-Г».
4. Модель «гипер-гипотермального воздействия» – один цикл контраст ной смены температуры воды с горячей +40+42°С (30 секунд) на холодную +7+9°С (5 секунд) один раз день в течение 5 дней. Группа «Г-Х».
Манипуляции с животными проводились индивидуально: животное фик сировалось руками и погружалось в воду до шеи.
Дополнительные исследования.
1. Влияние длительности температурного воздействия на структурно функциональные параметры иммунной системы. Длительность воздействия ги потермального фактора (модель 1) увеличивалась до 15 или 30 секунд, а гипер термального (модель 2) – до 90 или 180 секунд.
2. Влияние интенсивности температурной нагрузки на структурно функциональные параметры иммунной системы. Увеличение интенсивности температурной нагрузки изучалось на модели 3 путем увеличения циклов кон трастной смены температуры воды от 1 до 7. Снижение интенсивности темпе ратурной нагрузки проводилось на модели 4 путем снижения циклов контраст ной смены температуры воды до 2 раз в неделю.
3. Длительность сохранения структурного следа иммунной системы после прекращения температурного воздействия (модель 4).
Животных контрольной группы погружали в воду +33+35°С на 15 секунд (контроль водного стресса).
Материалом для исследования служили внутренние органы – костный мозг, тимус, селезенка, надпочечники и печень, клетки и сыворотка перифери ческой крови.
Методы исследования.
Морфофизиологические. Определялся индекс органа в процентах относи тельно веса тела. Измерение температуры тела лабораторных животных меди цинским цифровым термометром «Diqital thermometer» AMDT-12 (Япония).
Цитологические. Оценка клеточного состава костного мозга в мазках отпечатках (миелограмма) на 1000 клеток (%). Определение числа (х109) и по пуляционного состава ( %) лейкоцитов, числа эритроцитов (х1012) и ретикуло цитов (‰) в периферической крови.
Иммунологические. Оценка фагоцитарной активности селезеночных мак рофагов в тесте с 1% суспензией дрожжевых клеток (ФП,%) (И.В. Меньшиков, Л.В. Бедулаева, 2001);
метаболической активности макрофагов в спонтанном варианте НСТ-теста (Г.И. Назаренко, А.А. Кишкун, 2000). Оценка активности гуморального иммунитета по числу антителообразующих клеток (АОКх106) в миллионе ядросодержащих клеток селезенки (ЯСК) и во всей селезенке (АОК/сел) в ответ на внутрибрюшинную иммунизацию гетерологичным анти геном эритроцитами барана (ЭБ) по Cunningham (1968). Оценка активности клеточного иммунитета in vivo в реакции гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ) по Growle (1975). Иммунизация животных ЭБ проводилась до (анти гензависимая часть иммунного ответа) или после (антигеннезависимая часть иммунного ответа) водно-температурного воздействия.
Оценка активности специфического клеточного иммунного ответа (ГЗТ in vivo) на бактериальные (вакцина БЦЖ) и вирусные (вакцина «Vaxigrip») анти гены. Вакцина БЦЖ серия 512, производитель ФГУП НПО «Микроген» МЗ РФ, Россия, г. Москва. Вакцину вводили внутрибрюшинно в дозе 0,76 mg в объеме 0,5 мл физиологического раствора. На 14, 30, 60, 90 и 120 сутки в подушечку правой задней лапки вводили туберкулин в дозе 1 ТЕ (серия 6-98-0205, произ водство ГИСК, г. Москва) в объеме 50 мкл (опыт). В подушечку левой задней лапки вводили 50 мкл физиологического раствора (контроль). Вакцина «Vaxi grip», Strains 2004/2005 производства Aventis Pasteur SA2, avenues Pont Pasteur 69367 Lyon Cedex 07, France. Вакцину вводили внутримышечно в дозе 0,15 mg в 100 мкл физиологического раствора на животное. На 14, 30, 60, 90 и 120 сутки в подушечку правой задней лапки вводили вакцину «Vaxigrip» в дозе 45 mg в объеме 50 мкл (опыт). В подушечку левой задней лапки вводили 50 мкл физио логического раствора (контроль). Результаты реакции ГЗТ in vivo оценивали через 24, 48 и 72 часа после введения разрешающей дозы антигена. Активность специфического клеточного иммунитета оценивалась на 120 сутки после имму низации в реакции бласттрансформации лимфоцитов (РБТЛ) селезенки (Н.Р.
Линг, 1971). Лимфоциты инкубировали в стерильных условиях в течение часов в полной культуральной среде, содержащей RPMI-1640, 10% ЭТС, мер каптоэтанол, L-глутамин и гентамицин с добавлением специфических антиге нов – вакцины «Ваксигрипп» или туберкулина. После инкубации из клеточного осадка готовились препараты, которые окрашивались по Романовскому. Под счет клеток проводился под световым микроскопом. Определялся процент кле ток, находящихся на разных стадиях бласттрансформации.
Статистические. Полученные результаты обработаны статистически с применением критерия t Стьюдента, линейного коэффициента корреляции r в программе SPSS «11,5 for Windows» (USA).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Влияние длительности воздействия температурного фактора на им мунофизиологические параметры (модель 1 и 2).
Гипотермальное воздействие (модель 1, рис. 1) в течение 5 секунд способ ствует повышению морфофизиологической активности тимуса (p0,05) и сни жению индекса надпочечников (p0,01), в течение 30 секунд – повышению ин дексов надпочечников (p0,05) и селезенки (p0,01) и снижению индекса тиму са (p0,05). Установлена отрицательная корреляционная связь между индекса ми тимуса и надпочечников (r=-0,906;
p0,01), индексами тимуса и селезенки (r=-0,722;
p0,01) и положительная между индексами надпочечников и селезен ки (r=0,843;
p0,01).
Индекс надпочечников % отличия от контроля Индекс тимуса Индекс селезенки К 5 15 30 секунд - - Рис. 1. Влияние гипотермального фактора на морфофизиологическую активность внутренних органов Индекс надпочечников Индекс печени Индекс тимуса Индекс селезенки % отличия от контроля К 30 90 180 секунд - - Рис. 2. Влияние гипертермального фактора на морфофизиологическую активность внутренних органов Гипертермальное воздействие (модель 2, рис. 2) в течение 30 секунд спо собствует повышению морфофизиологической активности надпочечников (p0,01), печени (p0,01) и селезенки (p0,01). Увеличение температурной на грузки до 180 минут способствует снижению индекса надпочечников (p0,05) и увеличению индекса селезенки (p0,01). Установлена корреляционная связь между индексами надпочечников и селезенки (r=0,785;
p0,01), тимуса и селе зенки (r=-0,343;
p0,05), надпочечниками и тимусом (r=-0,302, p0,05).
Изменение морфофизиологической активности тимуса и надпочечников под влиянием температурного воздействия в определенной степени можно объ яснить неспецифическими механизмами адаптации. По мнению Г. Селье (1960) изменение массы тимуса и надпочечников является настолько характерным и маркерным изменением, происходящим в организме при стрессе, что он вклю чил эти показатели в число основных проявлений стресс-реакции. В то же вре мя разнонаправленные изменения морфофизиологической активности тимуса и селезенки, печени и надпочечников свидетельствуют о более тонких механиз мах сохранения температурного гомеостаза организма под влиянием дозиро ванного температурного воздействия. Известно, что регуляция функций орга низма обеспечивает необходимую физиологическую меру реакции на действие факторов внешней и внутренней среды (Крыжановский, 1987). В некоторой степени это можно объяснить правилами Ван-Гоффа-Аррениуса, согласно ко торым при изменении температуры оболочки тела на 10С интенсивность об мена веществ меняется в 2-3 раза и наоборот (Филимонов, 2002). Наличие кор реляционных связей свидетельствует о том, что при нагревании оболочки тела система терморегуляции может использовать эффекторные механизмы эндок ринной и иммунной систем для поддержания температурного гомеостаза орга низма.
Дозированное воздействие температурного фактора оказывает значимое влияние на клеточный состав костного мозга и периферической крови лабора торных животных.
Недифференцированные бласты Лимфоциты Миелобласты Эритробласты олч я т о т о я % т иа о к нр л К 5 15 - - - - Рис.3. Влияние гипотермального фактора на клеточный состав костного мозга Не диффе ре нцирова нные бла сты 50 Лимфоциты Мие лобла сты Эритробла сты олч я т о т о я % т и а о к нр л -10 К 30 90 180 секунд - - - - Рис. 4. Влияние гипертермального фактора на клеточный состав костного мозга Гипотермальное воздействие в течение 5 секунд (модель 1, рис. 3) сопро вождается уменьшением числа недифференцированных бластов (p0,05) и уве личением числа лимфоцитов (p0,01);
30 секунд – снижением числа миелобла стов (p0,05) и увеличением числа эритробластов (p0,01) в костном мозге.
Выявлена отрицательная коррелятивная связь между числом недифференциро ванных бластов и лимфоцитов (r=-0,673;
p0,01).
Гипотермальное воздействие (модель 1) в течение 5 секунд способствует снижению уровня лейкоцитов (p0,05) и эритроцитов (p0,05);
15 секунд – уве личению уровня лейкоцитов (p0,05);
30 секунд – снижению уровня лейкоци тов (p0,05) и повышению уровня эритроцитов (p0,05) в периферической кро ви. Между уровнем лейкоцитов и эритроцитов установлена слабая положитель ная коррелятивная связь (r=0,379;
p0,05).
Гипертемальное воздействие (модель 2, рис. 4) в течение 30 секунд спо собствует уменьшению числа эритробластов (p0,05);
90 секунд – увеличению числа недифференцированных бластов (p0,05) и снижению числа миелобла стов (p0,01);
180 секунд – увеличению числа недифференцированных бластов (p0,01), снижению числа миелобластов (p0,05) и эритробластов (p0,01) в ко стном мозге.
Гипертермальное воздействие (модель 2) в течение 30 секунд сопровож дается повышением уровня лейкоцитов (p0,05), в течение 90 секунд – сниже нием уровня эритроцитов (p0,05) и ретикулоцитов (p0,05), в течение 180 се кунд – снижением числа моноцитов (p0,05), эритроцитов (p0,05) и ретикуло цитов (p0,01) в периферической крови.
Проведенное исследование показало, что кратковременное гипо- и гипер термальное воздействие оказывает не только специфическое, но и селективное влияние на клеточный состав костного мозга и периферической крови. Перифе рическая кровь является отражением процессов дифференцировки гемопоэти ческих предшественников в костном мозге и перераспределением зрелых кле ток в тканях организма. Снижение уровня лейкоцитов и эритроцитов в перифе рической крови под влиянием холода, с одной стороны, может быть обусловле но снижением пролиферативной активности клеток белого и красного ростка кроветворения или повышенной «востребованностью» в органах и тканях. Это согласуется с известным фактом миграции лимфоцитов из периферической крови в костный мозг в условиях стресса (Горизонтов с соавт., 1983;
Гольберг с соавт., 2000). Подобные эффекты установлены для Т-лимфоцитов у лиц, дли тельно закаливающихся обливанием ледяной воды, – выявлено снижение их числа в периферической крови, что авторы объясняют их перераспределением – фиксацией лимфоцитов в лимфоидных органах и задержкой выхода предшест венников Т-лимфоцитов из костного мозга (Ветрова и соавт., 2000).
Гипотермальное воздействие (модель 1, рис. 5) в течение 5 секунд супрес сирует поглотительную (ФП, p0,01) и активирует метаболическую (НСТ, p0,05);
15-секунд – активирует метаболическую (p0,05), а 30 секунд – погло тительную (p0,01) активность селезеночных макрофагов.
Гипертермальное воздействие (модель 2, рис. 6) оказывает преимущест венно супрессирующее влияние на поглотительную (ФП, p0,01 для 90 и секунд) и метаболическую (НСТ, p0,01 для 180 секунд) активность селезеноч ных макрофагов.
ФП НСТ % отличия от контроля секунд К 5 15 - - - Рис. 5. Влияние гипотермального фактора на функциональную активность факторов неспецифической резистентности ФП НСТ % отличия от контроля К 30 90 - - секунд - - Рис. 6. Влияние гипертермального фактора на функциональную активность факторов неспецифической резистентности Из результатов исследования следует, что температурный фактор оказыва ет не только неспецифическое (стрессорное), но и селективное влияние на функциональную активность факторов неспецифической иммунорезистентно сти, которое зависит от его физиологических характеристик – силы и длитель ности воздействия. Эти данные могут свидетельствовать об участии макрофа гов в поддержании температурного гомеостаза организма через секрецию пиро генов и цитокинов, в частности ФНО- и ИЛ-1 (И.С. Фрейдлин, А.А. Тотолян, 2001;
А.А. Ярилин, 1999).
Влияние контрастного температурного воздействия на иммунофизио логические параметры (модели 3 и 4).
Гипо-гипертермальное воздействие (модель 3) способствует повышению морфофизиологической активности селезенки (p0,01), снижению числа эрит робластов (p0,01) в костном мозге, увеличению числа лейкоцитов (p0,05) в периферической крови.
Гипер-гипотермальное воздействие (модель 4) способствует снижению ин декса надпочечников (p0,01) и увеличению индекса селезенки (p0,01), сни жению числа эритробластов (p0,01) в костном мозге, увеличению числа моно цитов (p0,01) и уменьшению числа ретикулоцитов (p0,05) в периферической крови, повышению поглотительной активности макрофагов (ФП, p001).
Полученные данные свидетельствуют, что иммунофизиологическое со стояние животных зависит от «перестановки мест слагаемых» – холодной и го рячей воды. При контрастной смене температуры воды формируется новое со стояние иммунофизиологических параметров, которое не только отличается от контрольного уровня, а также имеет сходство и отличие от гипо- или гипертер мального воздействий.
Влияние температурного фактора на антигеннезависимую и антиген зависимую часть иммунного ответа.
Гипотермальное воздействие (модель 1, группа «Х») до введения антигена (антигеннезависимая часть иммунного ответа, рис. 7) способствует активации клеточного (39,6±3,3 % против 28,2±1,1% ГЗТ в контроле;
p0,01) и супрессии гуморального (58752,0±3047,6 АОК/сел против 99026,4±5034,2 в контроле;
p0,01) иммунитета.
** ГЗТ АОК ** олч я т о т о я % т и а о к нр л ** 40 ** * Х Г Х-Г Г-Х - ** - ** - Рис.7. Влияние температурного фактора на антигеннезависимую часть иммунного ответа * ГЗТ АОК * олч я т о т о я % т и а о к нр л Х Г Х-Г Г-Х - - * * - * -* - Рис. 8. Влияние температурного фактора на антигензависимую часть иммунного ответа Гипертермальное воздействие (модель 2, группа «Г») приводит к супрес сии клеточного (22,2±0,5 %;
p0,01) и активации гуморального (208592,1±12797,0 АОК;
p0,01) иммунитета. Гипо-гипертермальное воздейст вие (модель 3, группа «Х-Г») способствует повышению уровня клеточного (p0,01), а гипер-гипотермальное (модель 4, группа «Г-Х») – и клеточного (p0,05) и гуморального (p0,01) иммунитета относительно их контрольных уровней.
Гипотермальное воздействие (группа «Х») после введения антигена (анти гензависимая часть иммунного ответа, рис. 8) приводит к увеличению общего числа АОК в селезенке (121359,0±11489,1 АОК;
p0,05). Гипертермальное воз действие (группа «Г») способствует супрессии клеточного (27,4±1,2 %;
p0,05) и гуморального иммунитета (74455,6±7416,3 АОК;
p0,05). Гипо гипертермальное воздействие (группа «Х-Г») вызывает снижение уровня АОК в селезенке (81015,9±6990,2 АОК;
p0,05), а гипер-гипотермальное (группа «Г Х») воздействие супрессирует клеточное (19,4±1,9 %;
p0,05) и активирует гу моральное (126151,7± 10846,0 АОК;
p0,05) звено иммунной системы.
Таким образом, кратковременное воздействие температурного фактора может оказывать значительное влияние на формирование специфического им мунного ответа как до, так и после введения антигена. Эти данные свидетельст вуют, что между терморегуляторной и иммунной системами существуют фи зиологические механизмы взаимодействия, как неспецифического, так и спе цифического характера. В основе данного феномена, на наш взгляд, могут ле жать следующие механизмы – обеспечение иммунной системой потребности организма в пирогенах для поддержания температурного гомеостаза, и обеспе чение системой терморегуляции необходимой скорости протекания химических реакций в клетках и органах иммунной системы.
Влияние длительности температурного воздействия на активность клеточного и гуморального иммунитета.
ГЗТ АОК в 1 млн ЯСК % отличия от контроля 0 секунд -10 К 5 15 - - Рис. 9. Влияние гипотермального фактора на активность клеточного и гуморального иммунитета ГЗТ АОК в 1 млн ЯСК % отличия от контроля секунд К 30 90 - - Рис. 10. Влияние гипертермального фактора на активность клеточного и гуморального иммунитета Гипотермальное воздействие (модель 1, рис. 9) в течение 5 секунд спо собствует повышению активности клеточного иммунитета (p0,01);
30 секунд – снижению функциональной активности клеточного и гуморального иммунитета (p0,01 в обоих случаях).
Гипертермальное воздействие (модель 2, рис. 10) в течение 30 и 90 секунд оказывает супрессирующее (p0,01), а 180 секунд – стимулирующее (p0,01) влияние на клеточный иммунитет. Гипертермальное воздействие в течение (p0,01) и 180 (p0,05) секунд вызывает повышение активности гуморального иммунитета.
Полученные результаты свидетельствуют, что длительность воздействия температурного фактора также оказывает значимое влияние на функциональ ную активность клеточного и гуморального звеньев иммунной системы.
Влияние интенсивности температурного воздействия на функцио нальную активность иммунной системы.
Увеличение интенсивности (рис. 11) температурной нагрузки до 5 циклов контрастной смены температуры воды (модель 3) способствует снижению ак тивности гуморального иммунитета (p0,01), а до 7 циклов – резкому сниже нию активности клеточного (p0,01) и гуморального (p0,01).
ГЗТ АОК/сел % отличия от контроля К 1 5 7 циклов - - - - Рис.11. Характеристика клеточного и гуморального иммунитета при увеличе нии интенсивности температурного воздействии % отличия от контроля ГЗТ АОК/сел К 2 4 6 процедур - - Рис. 12. Характеристика клеточного и гуморального иммунитета при сниже нии интенсивности температурного воздействии Уменьшение интенсивности воздействия (рис. 12) температурного фактора (модель 4) вначале приводит к снижению активности клеточного (p0,01) им мунитета (после 2-х циклов контрастной смены температуры воды), затем (по сле 4-х) способствует активации клеточного (p0,01) и гуморального (p0,05) иммунитета. После 6 воздействий функциональная активность клеточного (p0,01) и гуморального иммунитета (p0,01) увеличивается значительно.
Полученные результаты свидетельствуют, что интенсивность температур ного воздействия оказывает значимое влияние на функциональную активность иммунной системы: чрезмерные температурные нагрузки приводят к истоще нию, а умеренные – к постепенному увеличению резервных возможностей кле точного и гуморального иммунитета.
Длительность сохранения структурного следа иммунной системы по сле прекращения температурного воздействия.
Через 1 неделю после прекращения ежедневных температурных воздейст вий (модель 3, рис.13) сохраняется на повышенном уровне функциональная ак тивность клеточного (ГЗТ, p0,05) и гуморального (АОК/сел, p0,01) иммуни тета, а через 2 недели – функциональная активность клеточного иммунитета снижается (p0,01), а гуморального остается повышенной (АОК/сел, p0,01).
250 АОК/сел ГЗТ ол ч я т о т о я % т и а о к нр л К Группа 1 2 недели - сравнения - Рис. 13. Характеристика клеточного и гуморального иммунитета после прекращения ежедневных гипо-гипертермальных воздействий % отличия от контроля ГЗТ АОК К Группа 1 2 3 недели - сравнения Рис. 14. Характеристика функциональной активности иммунной системы после прекращения температурных воздействий Через 3 недели после прекращения температурных воздействий (модель 4, рис.14) активность клеточного (p0,01) и гуморального (p0,05) иммунитета снизилась относительно группы сравнения (последнее воздействие температур ного фактора), но сохранилась на повышенном уровне относительно исходного уровня.
Полученные результаты свидетельствуют, что длительность и селектив ность сохранения структурного следа в отдельных звеньях (клеточном и гумо ральном) иммунной системы зависят от нескольких физиологических характе ристик температурного фактора: интенсивности воздействия и комбинирования повышенных и пониженных температур.
Влияние температурного фактора на формирование специфического иммунного ответа на вирусные и бактериальные антигены.
вакцина "ВАКСИГРИПП" %тиа ок н оя о чя т от л р л К 14 30 60 90 120 суток - - Группа "Х" Группа "Г" Группа "Х-Г" Группа "Г-Х" Рис. 15. Характеристика функциональной активности клеточного иммуни тета (ГЗТ in vivo) на «Ваксигрипп»
Гипертермальное воздействие (рис. 15) способствует повышению активно сти формирования клеточного иммунного ответа на вирусные антигены (вак цина «Ваксигрипп») на 14 сутки (p0,01), гипотермальное – с 14 по 90 сутки (p0,01), а контрастное гипер-гипотермальное воздействие – с 14 по 60 сутки (p0,01).
вакцина "БЦЖ" ол ч я т о т о я % т и а о к нр л К 14 30 60 90 120 суток - Группа "Х" Группа "Г" Группа "Х-Г" Группа "Г-Х" Рис.16. Характеристика функциональной активности клеточного имму нитета (ГЗТ in vivo) на вакцину БЦЖ Клеточный иммунный ответ (рис. 16) к антигенам микобактерий туберку леза (вакцина БЦЖ) во всех группах животных проявляется через 2 месяца по сле их парентерального введения. Гипотермальное воздействие способствует повышению активности реакции ГЗТ на туберкулин относительно контрольно го уровня на 60 (p0,01) и 120 (p0,05) сутки, гипертермальное – на 90 (p0,01), гипер-гипотермальное воздействие – на 120 (p0,01), гипо-гипертермальное – с 60 по 120 сутки (p0,01) после иммунизации.
% отличая от контроля - Группа "Х" Группа "Г" Группа "Х-Г" Группа "Г-Х" - - - - - БЦЖ Ваксигрипп - Рис. 17. Характеристика функциональной активности специфического иммунитета (РБТЛ селезенки) на 120 сутки после иммунизации «Ваксигриппом»
Температурный фактор не оказывает значимого влияния на активность бласттрансформации лимфоцитов селезенки под влиянием вирусных антигенов вакцины «Ваксигрипп» (рис. 17). Гипер-гипотермальное воздействие способст вует достоверному снижению (p0,01) функциональной активности специфиче ских Т- и В-лимфоцитов (РБТЛ с туберкулином) в селезенке.
Полученные результаты свидетельствуют, что определенные режимы тем пературного воздействия способствуют повышению активности специфическо го иммунного ответа на инфекционные антигены вирусной и бактериальной этиологии in vivo. При этом реакция бласттрансформации лимфоцитов селезен ки (ГЗТ in vitro) не отражает состояние специфического иммунитета на уровне организма (ГЗТ in vivo), что может быть обусловлено перераспределением специфических лимфоцитов-клеток иммунологической памяти между органами и тканями иммунной системы на 120 сутки после иммунизации.
Таким образом, проведенное исследование еще раз подтвердило известное мнение о том, что иммунная система как одна из регуляторных систем орга низма чутко реагирует на малейшее изменение температурных условий. Полу чены новые данные о влиянии кратковременного воздействия температурного фактора на иммунную систему на разных уровнях ее структурной и функцио нальной организации, начиная от костномозгового кроветворения до эффектор ной стадии иммунного ответа на антиген. Установленная селективность влия ния температурного фактора на активность специфического клеточного и/или гуморального иммунитета свидетельствует, что механизмы влияния темпера турного фактора на иммунную систему базируются не только на общебиологи ческих закономерностях адаптации, а что система терморегуляции может ока зывать селективное влияние на эффекторные механизмы иммунной системы.
Известно, что периодическое воздействие температурного фактора может оказывать положительное влияние на устойчивость организма к перепадам температуры за счет активации и перестройки механизмов теплоотдачи. При попадании организма в контрастные температурные условия повышается ла бильность химической терморегуляции. Воздействие высоких и низких темпе ратур обеспечивается адаптационным снижением теплопродукции и поэтому осуществляется более эффективно и с меньшим напряжением механизмов теп лоотдачи (Ю.И. Россомахин, 1991). Установленные нами физиологические ме ханизмы взаимодействия систем терморегуляции и иммуногенеза могут лежать в основе повышения устойчивости организма к простудным инфекционным за болеваниям при проведении закаливающих мероприятий.
ВЫВОДЫ.
1. Кратковременное гипотермальное воздействие (5 секунд в воде +7+9С в течение 5 дней) способствует повышению индекса тимуса и снижению индек са надпочечников, снижению пролиферативной активности ранних предшест венников кроветворных клеток, уровня лейкоцитов и эритроцитов в перифери ческой крови;
в антигензависимом режиме приводит к активации гуморального, в антигеннезависимом – снижению активности гуморального (АОК в селезен ке) и активации клеточного (ГЗТ in vivo) иммунитета.
2. Кратковременное гипертермальное воздействие (30 секунд в воде +40+42С в течение 5 дней) способствует повышению индексов надпочечников и селезенки, снижению пролиферативной активности предшественников крас ного ростка кроветворения в костном мозге, повышению уровня лейкоцитов и моноцитов в периферической крови;
в антигензависимом режиме приводит к снижению активности клеточного и гуморального иммунитета, а в антигенне зависимом – снижению активности клеточного и повышению активности гумо рального иммунитета (ГЗТ in vivo и АОК в селезенке).
3. Кратковременное контрастное гипо-гипертермальное воздействие (один цикл смены t° воды с +7+9С в течение 5 секунд на +40+42С в течение 30 секунд в течение 5 дней) способствует увеличению индекса селезенки, сни жению пролиферативной активности предшественников красного ростка кро ветворения в костном мозге, увеличению числа лейкоцитов в периферической крови;
в антигензависимом режиме приводит к снижению активности гумо рального, в антигеннезависимом – повышению активности клеточного иммуни тета (ГЗТ in vivo и АОК в селезенке).
4. Кратковременное контрастное гипер-гипотермальное воздействие (один цикл смены t° воды с +40+42С в течение 30 секунд на +7+9С в течение 5 секунд один раз в день 5 дней подряд) способствует снижению индекса над почечников и увеличению индекса селезенки, повышению числа моноцитов и снижению числа ретикулоцитов в периферической крови;
в антигензависимом режиме приводит к снижению, в антигеннезависимом – активации клеточного и гуморального иммунитета (ГЗТ in vivo и АОК в селезенке).
5. Увеличение длительности гипотермального воздействия до 30 секунд способствует снижению активности клеточного и гуморального иммунитета, а гипертермального до 180 секунд – активации гуморального и супрессии кле точного иммунитета.
6. Многократные циклические контрастные температурные воздействия (7 циклов смены t° воды с +7+9С на +40+42С в течение 5 дней) способствует угнетению клеточного (ГЗТ in vivo) и гуморального (АОК в селезенке) имму нитета.
7. Редкие циклические контрастные температурные воздействия (1 цикл смены t° воды с +40+42С на +7+9С 2 раза в неделю в течение 3 недель) спо собствует активации клеточного (ГЗТ in vivo) и гуморального (АОК в селезен ке) иммунитета. При этом структурный след после прекращения водно температурных воздействий сохраняется более 3-х недель.
8. Кратковременное контрастное гипо-гипертермальное воздействие ( цикл смены t° воды с +7+9С на +40+42С) в течение 5 дней способствует по вышению активности клеточного иммунного ответа (ГЗТ) in vivo на вакцину БЦЖ с 60 по 120 сутки.
9. Кратковременное гипотермальное воздействие (5 секунд в воде +7+9С в течение 5 дней) способствует повышению активности клеточного иммунного ответа (ГЗТ in vivo) на вакцину «Ваксигрипп» с 14 по 90 сутки.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Результаты настоящего исследования расширяют и углубляют сущест вующие представления о физиологических механизмах взаимодействия между терморегуляторной и иммунной системами и могут быть использованы в пре подавании физиологии и иммунологии.
Установленные закономерности водно-температурных воздействий можно использовать для повышения функциональной активности иммунной системы:
кратковременные гипотермальные воздействия для активации клеточного звена иммунитета;
кратковременные гипертермальные воздействия для активации гуморального звена иммунитета;
кратковременные гипер-гипотермальные воз действия для активации клеточного и гуморального звена иммунной системы.
Установленные температурные режимы повышения клеточного иммуните та к инфекционным антигенам вирусной и бактериальной этиологии рекомен дуются к апробации в клинической практике для повышения эффективности вакцинопрофилактических мероприятий.
Список публикаций по теме выполняемой диссертации 1. Суховей Ю.Г., Калёнова Л.Ф., Попов А.В., Фишер Т.А. Влияние цикла «холод-тепло» на иммунную систему мышей // Журнал International journal on immunorehabilitation / Материалы I Всероссийской конференции «Физиология иммунной системы» и I Всероссийской конференции по иммунотерапии. Тези сы докладов. – 2003. – том 5, № 2. – С. 160.
2. Калёнова Л.Ф., Суховей Ю.Г., Попов А.В., Костоломова Е.Г., Фишер Т.А. Влияние циклов «холод-тепло» на иммунитет мышей // Съезд иммуноло гов России. Сборник тезисов. – Дагомыс, 2003. – С. 217.
3. Суховей Ю.Г., Козлов В.А., Калёнова Л.Ф., Фишер Т.А. Влияние вод ного «закаливания» на иммунную систему мышей // Russian Journal of Immunology. Объединенный иммунологический форум. Тезисы докладов. – 2004. – С. 25.
4. Калёнова Л.Ф., Суховей Ю.Г., Мельников В.П., Фишер Т.А. Влияние водных процедур различных температурных режимов на иммунную систему мышей // Журнал «Медицинская иммунология» / Материалы VIII Всероссий ского научного Форума с международным участием имени академика В.И.Иоффе «Молекулярные основы иммунорегуляции, иммунодиагностики и иммунотерапии». 27 – 30 сентября 2004. – Том 6, № 3 – 5. – С. 253 – 254.
5. Суховей Ю.Г., Мельников В.П., Козлов В.А., Калёнова Л.Ф., Фишер Т.А. Модель водного «закаливания» на мышах // Материалы международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций». Тюмень, Россия. – 2004. – С. 29.
6. Суховей Ю.Г., Калёнова Л.Ф., Фишер Т.А. Особенности взаимодейст вия между системами терморегуляции и иммуногенеза в эксперименте // Мате риалы Международной конференции «Приоритетные направления в изучении криосферы Земли», 2005. – С.159 – 160.
7. Фишер Т.А. Влияние температурного фактора на формирование пер вичного иммунного ответа в эксперименте // Материалы III городской научно практической конференции «Амбулаторно-поликлиническая помощь жителям города Тюмени». Спец. Выпуск, № 3. – 2005. – С. 133- 134.
8. Калёнова Л.Ф., Суховей Ю.Г., Фишер Т.А. Специфические и неспецифические реакции иммунной системы мышей под влиянием кратковременного пребывания в теплой и/или холодной воде // Журнал «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины». – 2005. – Том 140, № 12 – С. 674 – 677.
9. Суховей Ю.Г., Калёнова Л.Ф., Фишер Т.А., Унгер И.Г. Способ модели рования активации клеточного иммунного ответа // Патент на изобретение № 2279719 зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 10 июля 2006.
10. Суховей Ю.Г., Калёнова Л.Ф., Козлов В.А., Мельников В.П., Фишер Т.А., Унгер И.Г. Способ моделирования активации гуморального иммунного ответа // Патент на изобретение № 2279720 зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 10 июля 2006.
11. Калёнова Л.Ф., Суховей Ю.Г., Фишер Т.А. Влияние температурного фактора на структурно-функциональные параметры иммунной системы в усло виях модельного эксперимента // Теория и практика оценки состояния крио сферы Земли и прогноз ее изменения: Материалы Международной конферен ции. Т. 2. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2006. – С. 344-345.
12. Суховей Ю.Г., Калёнова Л.Ф., Фишер Т.А., Унгер И.Г., Костоломова Е.Г. К вопросу о температурной регуляции энантиостаза иммунной системы.
Дозированное воздействие гипотермии в эксперименте // Журнал Медицинская наука & образование Урала. – 2006. – № 2. – С. 114 – 119.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АОК – антителообразующие клетки ГЗТ – гиперчувствительность замедленного типа ИЛ – интерлейкин НСТ – нитросиний тетразолий ОАС – общий адаптационный синдром Тх1 и Тх2 – лимфоциты-хелперы 1 и 2 типа ФП – фагоцитоз поглощения ЦНС – центральная нервная система ЭБ – эритроциты барана ЯСК – ядросодержащие клетки Ig – иммуноглобулины