Влияние эмоционально-болевого стресса на показатели эритропоэза в костном мозге крыс

УДК 591.1 ББК 28.913

Мамылина Наталья Владимировна

кандидат биологических наук, доцент г. Челябинск Mamylina Natalya Vladimirovna Candidate of Biology,

Associate Professor Chelyabinsk

Влияние эмоционально-болевого стресса на показатели эритропоэза

в костном мозге крыс Influence of Emotionally-Painful Stress on Erythropoesis Indicators

in Rats’ Marrow

В статье представлены результаты экспериментального исследования влияния эмоционально-болевого стресса на ряд показателей кроветворения в костном мозге крыс, в частности, состояние эритропоэза. Представлены количественно- качественные изменения эритропоэза в костном мозге при действии острого стресса, а также его нормализация в течение двух суток после стресса.

The article presents the results of experimental research of influence of emo-tionally-painful stress on a number of hematosis indicators in rats’ marrow - erythro-poesis’s condition in particular. The article presents qualitative changes of erythro-poesis in a marrow as well as its normalization within two days after stress.

Ключевые слова: эмоционально-болевой стресс; эритробластические островки; миелокариоциты; эритропоэз.

Key words: emotionally-painful stress, erythroblastic islands, myelocaryocytus, erythropoesis.

Известно, что во время стресс - реакции формируется повышенная потребность в самообновлении клеток системы крови. В исследованиях [2-7, 11] показано, что анализ активности эритропоэза, на основе оценки общего содержания эритробластических островков (ЭО) и их распределения по классам, представляется более информативным, чем на основе традиционных методов изучения парциальной эритрограммы и клеточного состава периферической крови. Согласно современным представлениям, эритробластические островки являются основной функционально- анатомической единицей эритропоэза [6,7]. Отчасти это обусловлено ролью, которую играет центральный макрофаг ЭО в пролиферации и созревании эритроидных клеток. В настоящее время принято считать, что центральный макрофаг ЭО стимулирует эритропоэз за счет трех основных функций: фагоцитоза ядер нормобластов и старых, повреж-

денных эритроцитов; трофического эффекта в отношении развивающихся эритроидных клеток; создания специфического регулирующего эритропоэз микроокружения [2,3]. Последнее связано со способностью центрального макрофага ЭО продуцировать эритропоэтинактивные вещества и усиливать эффекты эритропоэтина на эритропоэз.

В системе крови при воздействии различных раздражителей (иммобилизации, электрического тока, мышечной нагрузки, ионизирующего излучения) развивается комплекс изменений, характерных для стресса [1]. В исследованиях Д.З.Шибковой и соавт. [8] при облучении животных в широком диапазоне доз в крови и костном мозге отмечены практически все эти изменения, что свидетельствует о том, что одной из классических моделей стресса является облучение организма. Реакции системы крови на действие радиации характеризуются гибелью, либо инактивацией всех пулов клеток костного мозга, в этом заключается специфичность действия данного стресс-фактора. Вслед за этой стадией следует стадия первичной активации. При действии типичных стресс-агентов стадия активации происходит при увеличении или нормальном уровне карио-цитов. При этом митотическая активность, как правило, превышает норму. Его итогом является возросший поток клеток, выходящий из стволового пула, а в целом - увеличение гемопоэтической продукции и численности элементов периферической крови.

Анализ миелограмм на различных сроках облучения животных позволил заключить, что изменения эритропоэза характеризовались как абсолютным, так и относительным увеличением эритробластической части костного мозга [8].

В настоящее время актуально изучение механизмов повреждающего действия эмоционально-болевых стрессов на организм человека в связи с участившимися террористическими актами, военными действиями, сопровождающимися ранениями, болью, кровопотерей.

Состояние костномозгового кроветворения в подобных ситуациях во многом определяет жизнеспособность организма. Изучение показателей гемопоэза у экспериментальных животных, перенесших острый и хронический эмоцио-

нально-болевой стресс (ЭБС), способствует решению данной актуальной проблемы.

Материалы и методы исследования: эксперимент выполнен на 60 крысах самцах линии Вистар массой 150-200г. Острый стресс воспроизводили у крыс линии Вистар по методике [10] в форме так называемого невроза тревоги, продолжающегося один и пять часов. Анализ миелограммы проводили в отпечатках костного мозга, окрашенных по Романовскому-Гимзе (подсчёт проводили на 500 клеток). Выделение и анализ из костного мозга крыс ЭО осуществляли с помощью метода, разработанного Ю.М. Захаровым, А.Г.Рассохиным, И.Ю.Мельниковым (1984, 1986) [5,6]. Статистическую обработку результатов исследования проводили с вычислением ^критерия Стъюдента при помощи компьютерной программы «Statistica 6.0.», с оценкой достоверности по критерию значимости р. Различия между группами признавались достоверными при р<0,05.

Результаты исследования:

Как следует из данных рис. 1 - 3, после пяти часового ЭБС общее количество миелокариоцитов на бедро на 20,2% (р<0,05) ниже контрольных данных, число ядросодержащих клеток эритроидного ряда (в расчете на 500 клеток) увеличилось на 5,9%, а общее число ЭО во всей камере и ЭО на бедро было снижено соответственно на 21,4% (р<0,05) и 24,3% (р<0,05) по сравнению с контролем.

Количественный анализ ЭО по классам зрелости показал, что число ЭО 1 класса зрелости (ЭО1 ) и ЭО 2 класса (ЭО2 ) уменьшилось на 29,4% (р<0,05) и 25,0% (р<0,05); ЭО 3 класса (ЭО3 ) увеличилось на 9,4%. По сравнению с контролем количество инволюцирующих ЭО (ЭОинв) увеличилось на 13,3%, а ЭО реконструирующихся (ЭОрек) уменьшилось на 37,1% (р<0,05). Уменьшение количества ЭО рек указывает на возможное торможение эритропоэза в костном мозге экспериментальных животных. Уменьшение количества ЭО] класса зрелости и ЭОрек свидетельствует об ослаблении дополнительного вовлечения КОЕЭ в дифференцировку в ЭО, являющемся одной из причин повышения ста-

бильности ЭО (показатель вовлечения КОЕЭ в дифференцировку в ЭО уменьшен на 32,8% (р<0,05) , данные представлены на рис.4). Показатель созревания эритроидных клеток в ЭО после 5 часов ЭБС на 65,8% (р<0,001) превышает контроль. Эти данные свидетельствуют о начале замедления амплификации эритробластов в «короне» ЭО в результате действия острого стресса и начинающемся смещении баланса процессов пролиферации и созревания в пользу последнего.

После 1 и 5 часового ЭБС происходит уменьшение дополнительного вовлечения макрофагов в эритропоэз, о чем свидетельствует уменьшение индекса ЭОрек /ЭОинв на 45,2% и 40,5% соответственно по сравнению с контролем. Данный показатель в течение одних и двух суток после ЭБС имеет тенденцию к повышению, что свидетельствует о некоторой активации макрофагов в период острого стресса, которая может быть обусловлена миграцией в костный мозг лимфоцитов, повышением макрофаг-активирующей и колониестимулирующей активности.

Показатель созревания эритробластов в ЭО через 1,2 суток после ЭБС снизился, что, очевидно, связано с ускоренным высвобождением созревающих клеток из "короны" островков, на что указывает рост числа макрофагов эрит-робластических островков, способных повторно вступать в эритропоэз.

На фоне увеличения количества ЭО рек в течение двух суток после стресса идет процесс реконструкции эритропоэза, а показатели вовлечения КОЕэ в дифференциацию и повторного вовлечения макрофагов в эритропоэз достигают максимальных значений по сравнению с таковыми в период острого стресса. Возможно, увеличение ЭОинв во время острого ЭБС создаёт предпосылку для увеличения ЭОрек через 1-2-е суток после него.

Если учесть, что реконструкция эритропоэза в ЭО реализуется на основе взаимодействия КОЕэ с функционально активным макрофагом ЭО, то можно утверждать, что последние при стрессе не активно участвовали в формировании «новой» волны эритропоэза в их «короне». Можно допустить изменение комплементарности клеток в ЭО, содержащих в своем составе зрелые эритро-

идные элементы, на фоне метаболической и структурной перестройки компонентов ЭО, вызванных острым стрессом. Этот механизм может быть причастен к уменьшению количества ретикулоцитов и эритроцитов в периферической крови через 1,2 суток после ЭБС.

1 2 3 4 5 6

|р А6с./6едро РКоэф. л/э РЭритроидный ряд |

Рис. 1. Показатели костномозгового кроветворения крыс при действии острого и хронического эмоционально-болевого стресса

Примечание: на рисунке показано общее количество миелокариоцитов (абс/бедро); коэффициент л/э; количество клеток эритроидного ряда в костном мозге (на 500 клеток);

1 - ЭБС 1 час; 2 - ЭБС 1час/1 час восст.; 3 - ЭБС 5 часов;

4 - ЭБС 5 час/1 час восст.; 5 - ЭБС 5 час ./1 сут. восст.;

6 - ЭБС 5 час./2 сут. восст. Контрольные данные приняты за 100%.

I оТыс./бедро  Реконст.  Инвол.

Рис. 2. Формула эритробластических островков костного мозга крыс при действии острого и хронического эмоционально-болевого стресса

Примечание: на рисунке показано общее количество ЭО (тыс./бедро); число ЭО рек и ЭО инв; 1 - ЭБС 1 час; 2 - ЭБС 1час/1 час восст.;

3 - ЭБС 5 часов; 4 - ЭБС 5 час/1 час восст.; 5 - ЭБС 5 час./1 сут. восст.;

6 - ЭБС 5 час./2 сут. восст. Контрольные данные приняты за 100%.

|п ЭО I класс о ЭО II класс оЭО III класс

Рис. 3 .Формула эритробластических островков костного мозга крыс при действии острого и хронического эмоционально-болевого стресса

Примечание: на рисунке показано общее количество ЗОї, ЭО2, ЭО3 классов зрелости;

1 - ЭБС 1 час; 2 - ЭБС 1час/1 час восст.; 3 - ЭБС 5 часов;

4 - ЭБС 5 час/1 час восст.; 5 - ЭБС 5 час ./1 сут. восст.;

6 - ЭБС 5 час./2 сут. восст. Контрольные данные приняты за 100%.

Рис. 4. Показатели костномозгового кроветворения крыс при действии острого и хронического режимов стрессирования

Примечание: на рисунке показаны показатель интенсивности вовлечения КОЕэ в диф-ференцировку в ЭО; показатель повторного вовлечения макрофагов в эритропоэз; показатель созревания нормобластов в ЭО;

1 - ЭБС 1 час; 2 - ЭБС 1час/1 час восст.; 3 - ЭБС 5 часов; 4 - ЭБС 5 час/1 час восст.; 5 -ЭБС 5 час./1 сут. восст.; 6 - ЭБС 5 час./2 сут. восст. Контрольные данные приняты за 100%.

Проявление стимуляции эритропоэза с увеличением относительного и абсолютного количества ЭО 1-го, 2-го классов и ЭОрек было выявлено на первые сутки от начала ЭБС. Увеличенное число ЭО пролиферирующих классов (1-го, 2-го и ЭОрек) сохранялось и на вторые сутки. Нарастание массы островков со зрелыми эритроидными клетками: ЭО 3-го класса и ЭОинв, указывает на эффективность предшествующего повышения количества ЭО, содержащих юные эритроидные клетки. Повышение числа ЭО 1-го класса зрелости свидетельст-

вует о сохранении темпа вовлечения в формирование ЭО новых КОЕэ.

Через 1 и 2 суток от начала ЭБС наблюдалось накопление созревающих классов островков (ЭО3 и ЭОинв), темпы пролиферативных процессов в костном мозге повысились по сравнению с предыдущими сроками, но содержание эритроцитов и ретикулоцитов в периферической крови оставалось ниже контроля. Это означает, что в этот период происходит замедление диссоциации ЭО с высвобождением ретикулоцитов в кровоток.

Анализ миелограммы показал, что число эритробластов, пронормоцитов, базофильных нормоцитов и полихроматофильных нормоцитов через двое суток после пятичасового ЭБС по отношению к контролю достоверно увеличивалось в 2,7 раза; на 25,0%; 93,8%; 18,8% соответственно. При этом количество нор-мобластов и оксифильных нормоцитов было достоверно ниже контроля на 50,0% и 14,5% соответственно.

После 5-часового ЭБС количество эритроцитов в периферической крови было на 16,6% (р<0,05) выше контроля, а число ретикулоцитов- на 9,3% превышало контроль, аналогичная динамика содержания эритроцитов и ретикуло-цитов в крови была выявлена после 1 часового ЭБС. В результате острого ЭБС повышалась потребность организма в кислороде, а, следовательно, и в эритроцитах, которые рекрутировались в периферическую кровь. Изменения периферического отдела эритрона после 1 и 5 часового ЭБС являлись реакцией на острый стресс, приводящий к мобилизации костномозговых ретикулоцитов в периферическую кровь. После 5-часового эмоционально-болевого стресса и двух суток после него количество эритроцитов в периферической крови было на 11,8% выше контроля, а число ретикулоцитов - на 7,3% превышало контроль.

В результате действия острого ЭБС наблюдалось угнетение эритроидного ростка кроветворения на фоне снижения числа эритробластических островков, миелокариоцитов и эритробластов, нормобластов, оксифильных нормоцитов, являющихся плацдармом кроветворения, увеличения числа базофильных и по-лихроматофильных нормоцитов. Синхронное снижение числа ЭО1-2 классов, ЭОрек на фоне увеличения количества ЭО3 класса и ЭОинв свидетельствует об

ускоренном созревании эритроидных клеток, активно поступающих в периферическую кровь, а также о нарушении реконструкции эритропоэза. Возможными причинами подобных изменений может являться недостаток энергетических и пластических ресурсов кроветворения в результате острого стресса, быстрое исчерпание резерва костномозговых эритроидных клеток, поступление которых на периферию частично компенсирует сопровождающую острый стресс гипоксию организма [3,5]. Наблюдающееся увеличение ретикулоцитов и эритроцитов в периферической крови на фоне снижения числа оксифильных нормоцитов может объясняться ускоренным освобождением их из морфологически зрелых ЭО, это обеспечивает возросшую потребность организма в кислороде в период острого стресса [2,4,9].

Изменение эритропоэза при остром ЭБС, на наш взгляд, является проявлением «цены» адаптации, так как это снижает диапазон приспособительных реакций организма животных. В течение двух суток после ЭБС в определённой степени устраняются проявления «цены» адаптации системы крови. Вероятно, более короткое и слабое воздействие приводит к уменьшению длительности взаимодействия гормонов с Р-адренорецепторами, что способствует восстановлению Р-адреночувствительности тканей. На уровне межклеточных взаимодействий в ЭО это может быть обусловлено повышенной эритропоэтической активностью макрофагов. Известно, что макрофаги ЭО костного мозга продуцируют соединения, стимулирующие пролиферацию БОЕэ и КОЕэ. Помимо этого макрофаги и моноциты способны синтезировать антистрессорные вещества, стимулирующие эритропоэз [3,4,9]. Возможно, что стрессорное воздействие нарушает баланс между стимуляторами и ингибиторами эритропоэза в сторону преобладания последних.

В течение двух суток после острого ЭБС произошли количественные и качественные изменения в ЭО костного мозга крыс, отражающие участие этих морфофункциональных единиц эритропоэза в восстановлении эритрона. Это участие проявляется увеличением абсолютного количества ЭО в бедренной кости; количества КОЕэ, вступивших в дифференциацию в эритробластические

островки; макрофагов, впервые и повторно поддерживающих эритропоэз в ЭО; синхронным увеличением ЭО 1-2-го классов; снижением содержания созревающих классов ЭОинв и ЭО 3 класса зрелости, т.е. смещением баланса между пролиферативными процессами и созреванием в эритробластических островках в сторону пролиферации эритроидных клеток.

Полученные в наших экспериментах данные подчеркивают важность выделения классов зрелости эритробластических островков, поскольку оно позволяет анализировать вовлечение КОЕэ в дифференциацию, состояние процессов амплификации эритробластов, соотношение процессов пролиферации и созревания эритроидной ткани животных, подвергнутых стрессу. Изучение пролиферативной активности эритроидных клеток «короны» ЭО под влиянием ЭБС будет являться предметом наших дальнейших исследований.

Библиографический список

I. Горизонтов П.Д. Стресс и система крови /П.Д.Горизонтов, О.И.Белоусова, М.И.Федотова.- М.: Медицина, 1983.- 238 с.

2.Захаров Ю.М. Черты информационной сигнализации, регулирующей гемопоэз /Ю.М.Захаров // Вестник РАМН. - 2002. - № б. - С.58-б1

3.Захаров Ю.М. Эритробластический островок / Ю.М. Захаров, А.Г.Рассохин. - М.: Медицина, 2002. - 281 с.

4. Захаров Ю. М. О роли нервной системы и ингибиторов кроветворения в его регуляции /Ю. М. Захаров //Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова.- 2004.-Т.90. - № 8. - С.987-1000.

5.Захаров Ю.М. Роль обратных связей в регуляции эритропоэза /Ю. М. Захаров // Рос.физиол. журн. им. И.М.Сеченова. - 200б. -Т.92. - № 9. - С.1033-1043.

б.Захаров Ю. М. Достижения в экспериментальных исследованиях эритропоэза / Ю.М.Захаров.- Челябинск, 1998.-С. 7-18.

7. Захаров Ю. М. Классификация эритробластических островков костного мозга с учетом изменения их клеточного состава / Ю.М.Захаров, И.Ю.Мельников, А.Г.Рассохин // Арх. анат., гистол. и эмбриол. - 1990. - № 5.-С. 38-42.

8. Шибкова Д.З. Адаптационно-компенсаторные реакции системы кроветворения при хроническом радиационном воздействии: монография /Д.З.Шибкова, А.В.Аклеев.- Москва: Изд-во РАДЭКОН; Челябинск: Изд-во ЧГПУ.- 200б.- 34б с.

9.Юшков Б.Г. Система крови и адаптация организма к экстремальным воздействиям / Б.Г.Юшков // Вестник РАМН. - 200б. - № 3. - С.3-5.

10.Desiderato, O. / C>.Desiderato, J.R.Mac Kinnon, HHisson //J. Comp. physiol. Psychol.- 1974.-V. 87.- P. 208.

II.Bessis M. /M. Bessis, C. Mize, M.Prenant // Blood Cells. - 1978. -Vol. 4. N 1-2. - P. 155174.

Bibliography

1. Gorizontov, P.D. Stress and Blood System/ P.D. Gorizontov, O.I. Belousova,

M.I. Fedotova. - M.: Medicine, 1983. - 238 p.

2. Zakharov, Yu.M. Features of Information Signaling Which Regulate Hemopoiesis / Yu.M. Zakharov // Messenger RSMA. - 2002. - № б. - P. 58-б1.

3. Zakharov, Yu.M Erythroblastic Islet / Yu.M. Zaharov, A.G. Rassokhin/ - M.: Medicine 2002. - 281 p.

4. Zakharov, Yu.M. The Role of Nervous System and Inhibitors of Hematosis in Its Regulation/ Yu.M. Zakharov// Russian Physiological Magazine after I.M. Sechenov. - 2004. V. 90. - № 8. - P. 987-1000.

5. Zakharov, Yu.M. The Role of Feedback in Regulation of Erythropoesis/ Yu.M. Zakharov// Russian Physiological Magazine after I.M. Sechenov. - 2006. V. 92. - № 9. - P. 1033-1043.

6. Zakharov, Yu.M. Achievements in Experimental Research of Erythropoesis/

Yu.M. Zakharov. - Chelyabinsk, 1998. - P. 7-18.

7. Zakharov, Yu.M. Classification of Erythroblastic Islets of Marrow Taking Into Consideration With Modification of Their Cellular Structure/ Yu.M. Zakharov, I.Yu. Melnikov, A.G. Rassokhin// Arch. Anatomy, Histology and Embryology. - 1990. - № 5. - P. 38-42.

8. Shibkova, D.Z. Adaptative-Compensatory Reactions of Hematosis System by Chronical Radiative Effect: Monograph/ D.Z. Shibkova, A.V. Akleev. - Moscow: RADEKON Pub. House; Chelyabinsk: CSPU Pub. House. - 2006. - 346 p.

9. Ushkov, B.G. Blood System and Adaptation of Organism to Extreme Effects/

B.G. Ushkov// Messenger RSMA. - 2006. - № 3. - P. 3-5.

10. Desiderato, O./ O. Desiderato, J.R. Mac Kinnon, H. Hisson // J. Comp. Physiol. Psychol. -1974. - V. 87. - P. 208.

11. Bessis, M. / M. Bessis, C. Mize, M. Prenant // Blood Cells. - 1978. - V.4. № 1 - 2. - P. 155-174.