Иммунологические аспекты реакции организма на гипоксию в разные возрастные периоды

КЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА

УДК 612.

М. О. Берова

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ГИПОКСИЮ В РАЗНЫЕ ВОЗРАСТНЫЕ ПЕРИОДЫ

В работе использован комплексный подход в изучении влияния длительного пребывания в условиях гипоксии на показатели иммунитета, позволивший охарактеризовать возрастные аспекты реагирования иммунной системы на гипоксию. Параллельно изучению иммунных механизмов проводилось исследование функциональной системы дыхания в процессе адаптации к гипоксии в разные возрастные периоды. Выявлены возрастные особенности влияния длительного пребывания в горных условиях на показатели иммунитета.

Введение

В настоящее время не вызывает сомнения, что в сложной ответной реакции организма человека и животных на действие гипоксии определенная роль принадлежит и иммунной системе [1-3]. По определению многочисленных авторов, иммунная система, играющая ключевую роль в обеспечении генетического постоянства внутренней среды организма, является сложной, многокомпонентной и саморегулирующейся системой, находящейся под контролем нейрогуморальной регуляции [4-8]. В связи с этим можно констатировать, что иммунология адаптационного процесса и изучение его механизмов в условиях гипоксии стало одной из основных задач экологической иммунологии, предметом которой является изучение изменений иммунореактивности под действием факторов окружающей среды [9-11].

Имеющиеся на сегодняшний день сведения о влиянии длительного воздействия гипоксии на состояние иммунной системы неоднозначны. Возможно, это связано с использованием различных моделей гипоксического воздействия, а также различных методических подходов для количественной и качественной характеристики параметров иммунной системы и, возможно, недостаточным изучением данного вопроса.

Перечисленное выше определяет актуальность исследования возрастных особенностей изменения иммунофизиологических показателей растущего организма в комплексе с изменениями показателей функциональной системы дыхания в результате адаптации к гипоксии.

Исходя из этого, мы ставили перед собой цель изучить влияние гипоксии на состояние функциональной системы дыхания и иммунологическую реактивность организма, выявить возрастные особенности изменения показателей иммунного статуса в процессе адаптации к гипобарической гипоксии в условиях среднегорья и в курсе нормобарической интервальной ги-поксической тренировки.

Объект и методы исследований

Всего обследовано 148 человек мужского пола от 8 до 35 лет, которые были разделены на пять групп. Согласно схеме возрастной периодизации развития человека, учитывающей анатомические, физиологические, социальные факторы, принятой на VII Конференции по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии в 1965 г. Первые четыре группы были распределены по возрастам: первая группа состояла из 34 детей 8-12-летнего возраста, вторая группа - из 38 подростков в возрасте от 13 до 16 лет, третья группа включала 22 юноши 17-21 года; четвертая группа - 20 мужчин в возрасте от 22 до 35 лет; пятая группа состояла из 24 мужчин 22-35 лет, которых обследовали до и после курса нормобарической интервальной гипоксической тренировки (ИГТ).

Все обследуемые находились в течение 30 дней на высоте 1850 м над уровнем моря (п. Эльбрус). Обследование проводилось до, в ранние сроки и после тридцатидневного пребывания в условиях среднегорья.

Во всех возрастных группах определяли основные показатели функциональной системы дыхания, параметры кислородных режимов организма и иммунного статуса. У всех обследованных определяли показатели функциональной системы дыхания (ФСД) по А. З. Колчинской (1978): минутный объем дыхания (МОД), дыхательный объем (ДО), частоту дыхания (ЧД) измеряли с помощью волюметра VEB MEDIZINTEHNIK (Германия), содержание кислорода во вдыхаемом (FiO2), выдыхаемом (FEO2) и альвеолярном (FAO2) воздухе - при помощи газоанализатора «Малыш» (г. Москва), частоту сердечных сокращений (ЧСС) и насыщение артериальной крови кислородом (SaO2) - пульсометром (Оксишатл, США), минутный объем кровообращения (МОК) - по Пугиной и Старру. Содержание гемоглобина в крови (Нв) определяли гемиглобинцианидным методом на ФЭК-М, рассчитывались вентиляционный эквивалент (ВЭ), кислородный эффект дыхательного цикла (КЭДЦ), гемодинамический эквивалент (ГЭ), кислородный пульс (КП), кислородная емкость крови (КЕК), потребление кислорода по Дуглас Холдену. Определение субпопуляций лимфоцитов проводили методом непрямой иммунофлюоресценции с применением моноклональных антител против антигенов СД20+, СД3+, СД4+, СД8+. Уровень содержания сывороточных JgA, JgM, JgG - методом радиальной иммунодиффузии по Ман-чини (1965). Циркулирующие иммунные комплексы (ЦИК) определяли в реакции с полиэтиленгликолем по Фальку (1979). Микрометод восстановления нитросинего тетразолия (НСТ-тест) осуществлялся по Stuart (1975) в модификации Б. С. Нагоева (1983).

Статистическая обработка проведена с использованием критерия Стьюдента.

Результаты исследований и их обсуждение

Влияние адаптации к длительной гипоксии на иммунный статус детей, подростков, юношей и лиц зрелого возраста

В ходе исследований установлено, что острая гипоксия оказывает угнетающее действие на иммунную систему, проявляющееся в снижении количества В- и Т-лимфоцитов, Т-хелперов, уровней JgА, JgM, JgG (таблица 1).

Таблица 1

Изменение иммунологических показателей под действием острой гипоксии в ранние сроки пребывания в условиях среднегорья

Показатели 8-12 лет 13-16 лет 22-35 лет

В условиях нормоксии (г. Нальчик) На 5-й день пребывания на высоте 1850 м В условиях нормоксии (г. Нальчик) На 5-й день пребывания на высоте 1850 м В условиях нормоксии (г. Нальчик) На 5-й день пребывания на высоте 1850 м

В-лф (СД20+), % 13,7±0,32 11,1±0,19* 12,4±0,2 10,7±0,13* 12,4±0,31 10,6±0,21*

JgA, г/л 1,7±0,05 1,45±0,25* 1,46±0,07 1,3±0,05* 1,36±0,08 1,31±0,08

JgM, г/л 1,04±0,038 0,89±0,02* 1,01±0,035 0,88±0,03* 1,06±0,06 0,03±0,06

JgG, г/л 10,9±0,24 10,7±0,21 11,3±0,25 10,2±0, 1* 9,65±0,33 9,42±0,35

ЦИК, у.е. 0,03±0,002 0,03±0,002 0, 021±0,001 0,02±0,001 0,029±0,002 0,032±0,002

Т-лимфоциты (СД3+), % 50,1±0,26 47,4±0,15* 51,8±0,65 49,4±0,56* 51,1±1,22 48,9±1,05*

Т-хелперы (СД4+), % 38,0±0,4 29, 5 ±0,29* 28,9±0,54 28,5±0,17 30,76±0,56 28,9±0,56*

Т-супрессоры (СД +), % 11,5±0,51 10,2±0,35* 11,8±0,25 11,1±0,12* 10,86±0,25 10,4±0,33

Иммуннорегуляторный индекс (СД4+/ СД8+), % 2,9±0,11 2,9±0,11 2,5±0,06 2,5±0,03 2,9±0,1 2,9±0,09

Примечание. *р < 0,05 по отношению к нормоксии (г. Нальчик).

Адаптация к длительному действию гипоксии, в результате которой происходит нормализация снабжения организма кислородом, приводит к повышению неспецифической резистентности и усилению иммунного ответа. После 30-дневного пребывания детей, подростков, юношей и лиц зрелого возраста в горных условиях (п. Эльбрус, 1850 м над уровнем моря) со стороны периферической крови не обнаружено существенных изменений, за исключением изменений количества эритроцитов, выражающихся в достоверном увеличении их уровня. Наибольший рост этого показателя наблюдался у детей и стал выше на 42% по сравнению с показателями в нормоксических условиях.

Следует отметить, что на ранних этапах адаптации к гипоксии (пятый день) наблюдалось достоверное снижение показателей НСТ-теста, что свидетельствует о подавлении фагоцитарной активности нейтрофилов, но затем мы наблюдали их восстановление и, более того, достоверное их увеличение к периоду завершения гипоксического воздействия. Показатели фагоцитарной активности нейтрофилов после 30-дневного пребывания в условиях гор возросли у детей на 23,8%, у подростков на 7%, у юношей на 24,7%, у мужчин на 10% относительно их величин, зарегистрированных при нормоксии. На наш взгляд, это свидетельствует об адаптационных механизмах изменения показателей фагоцитоза.

Учитывая, что главным показателем функционального состояния В-звена иммунитета является способность В-лимфоцитов синтезировать иммуноглобулины, полноценно осуществляющие свои эффекторные функ-

ции, при оценке гуморального иммунитета у детей нами были выбраны такие параметры, как количество В-лимфоцитов (СД20+ клеток), уровней ^А, ^М, количественное содержание циркулирующих иммунных ком-

плексов (ЦИК) в крови.

На пятый день пребывания детей, подростков, юношей и мужчин в условиях гипоксии наблюдалось достоверное снижение количества В-лимфоцитов в крови. У детей снизилось содержание ^А и ^М, у подростков и юношей - ^А, ^М, ^в, в то же время у мужчин значения ^А, ^М, в ранние сроки адаптации к гипоксии не изменились. Стабильным оставался у всех обследуемых уровень циркулирующих иммунных комплексов (см. таблицу 1).

После 30-дневного пребывания в условиях среднегорья количественное содержание в крови ^А, ^в, ^М возвращается к исходным уровням и становится даже выше фоновых. Наиболее выраженное увеличение количества по сравнению с контрольными значениями наблюдалось у подростков и юношей и составляло 12,9 и 14% соответственно (рис. 1).

16 и

0 -I--------------------------------------------------------------

Дети

Рис. 1 Изменение количества иммуноглобулина в в результате адаптации к гипоксии в горах у лиц разного возраста

Разделение иммунных реакций, опосредуемых Т- и В-лимфоцитами, в достаточной степени условно. К основным показателям оценки Т-системы иммунитета относят определение поверхностных маркеров Т-лимфоцитов СД3+, СД4+, СД8+ и соотношение СД4+/СД8+.

Установлено, что на пятый день пребывания обследуемых в условиях среднегорья, тенденцию к снижению проявляют практически все исследуемые параметры клеточного иммунитета: Т-лимфоциты, Т-хелперы, Т-супрес-соры, неизменным остается только значение иммунорегуляторного индекса (ИРИ). Это объясняется, видимо, физиологической перестройкой организма в процессе адаптации к действию гипоксической гипоксии. После длительного периода адаптации (30 дней) в условиях среднегорья происходит рост показателей Т-клеточного звена (рис. 2).

Рис. 2 Изменение количества Т-лимфоцитов в результате адаптации к гипоксии в горах у лиц разного возраста

Адаптация к гипобарической гипоксии приводит к повышению Т-хел-перов у детей на 24%, у юношей на 16%, у мужчин на 13% относительно фоновых значений. Только у подростков содержание Т-хелперов оставалось на уровне первоначальных значений.

Соответственно, у детей, юношей и взрослых мужчин увеличились показатели иммунорегуляторного индекса (соотношение Т-хелперов к Т-суп-рессорам), отражающие функциональное состояние Т-клеточного звена.

У подростков мы наблюдали достоверное снижение этого показателя (рис. 3).

Рис. 3 Изменение уровня иммунорегуляторного индекса в результате адаптации к гипоксии в горах у лиц разного возраста

Результатом месячного пребывания в горах явилось улучшение показателей иммунной системы детей, подростков, лиц юношеского и зрелого возраста. Об усилении естественной неспецифической иммунореактивности свидетельствуют возросшие показатели функционально-метаболической и

фагоцитарной активности нейтрофильных лейкоцитов. Увеличилось количество эритроцитов. Произошло неспецифическое усиление иммунитета.

Функциональная система дыхания детей, подростков и лиц зрелого возраста в условиях нормоксии и гипоксии

Установлено, что в результате адаптации к гипоксии в горных условиях показатели ФСД претерпевают определенные изменения. Достоверно возрастает минутный объем дыхания, урежается частота дыхания, а дыхательный объем возрастает, что свидетельствует о возросшей экономичности функции внешнего дыхания. В результате адаптации к гипоксии достоверно снизился вентиляционный эквивалент (ВЭ); отношение альвеолярной вентиляции к минутному объему дыхания (АВ/МОД) у детей и подростков в результате адаптации увеличилось в меньшей степени, чем у взрослых; у всех обследуемых возросла скорость поэтапной доставки кислорода и его потребление (рис. 4).

135%

130%

125%

120%

115%

110%

105%

100%

МОД АВ/МОД ПО-2

Рис. 4 Изменение показателей внешнего дыхания после пребывания в среднегорье

В процессе адаптации к гипоксии у детей, подростков и мужчин наблюдалась тенденция к снижению частоты сердечных сокращений (ЧСС), но минутный объем крови увеличился у детей на 9%, у подростков на 5%, у мужчин на 13% относительно нормоксических показателей.

Увеличивается прирост МОД. У детей и подростков урежение частоты дыхания после 30-дневной адаптации к гипоксии по отношению к нормокси-ческим значениям практически одинаково, тогда как у мужчин зрелого возраста снижение частоты дыхания более существенно. С возрастом наблюдается увеличение прироста дыхательного объема, повышается показатель альвеолярной вентиляции.

Дети

Подростки

Взрослые

Адаптация к гипоксии в горных условиях отражается и на возрастных особенностях изменения дыхательной функции крови. Кислородная емкость крови у представителей всех возрастных групп изменяется в равной степени. Содержание гемоглобина увеличивается в большей степени у детей и лиц зрелого возраста. У подростков его увеличение составляет всего 2,8% по сравнению с показателями в нормоксических условиях. Насыщение кислородом артериальной крови в результате адаптации к гипоксии проявляет тенденцию к повышению у детей и лиц зрелого возраста. У подростков этот показатель практически не изменяется по отношению к фоновому.

Таким образом, результаты исследований показали, что подростки сильнее реагируют на снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и их адаптивные возможности несколько ниже, чем у детей и лиц зрелого возраста. Наиболее экономно, с максимально возможным ограничением траты энергии, осуществляется адаптация к длительному пребыванию в условиях гипоксии взрослого организма.

Изменение показателей иммунитета и ФСД под действием ИГТ

Установлено, что после 10 сеансов ИГТ у исследуемых достоверно повышается количество эритроцитов в крови, тогда как количество лейкоцитов и моноцитов остается на уровне первоначальных значений. На фоне стабильных значений нейтрофилов можно предполагать о повышении их функционально-метаболической активности, о чем свидетельствуют возросшие значения НСТ-теста на 25% относительно фоновых показателей, что отражает определенную мобилизацию неспецифических защитных механизмов.

Количество В-лимфоцитов повысилось после курса ИГТ на 21% относительно фонового показателя. Достоверно возросли уровни содержания на 20%, 1§М на 16% и на 13%. Количество сывороточного иммуноглобу-

лина Е проявило тенденцию к снижению.

Таким образом, показатели гуморального иммунитета после курса ИГТ оказались значительно выше результатов, полученных до ИГТ.

Исследование клеточного звена иммунитета до и после курса ИГТ представляло для нас особый интерес ввиду того, что в литературе, существующей на сегодняшний день, представлены достаточно разноречивые факты по данному вопросу. После курса ИГТ наблюдался достоверный рост содержания Т-лимфоцитов и Т-хелперов в сыворотке крови. Он составил 12 и 5% соответственно. Содержание популяции Т-супрессоров, напротив, достоверно снизилось и составило 11%, что привело к увеличению показателей имму-норегуляторного индекса на 21% относительно фоновых значений.

У лиц зрелого возраста после курса ИГТ возрастает показатель альвеолярной вентиляции на 20%, достоверно увеличивается соотношение АВ/МОД, что указывает на возрастающую эффективность внешнего дыхания. Увеличивается потребление кислорода на 6%, вентиляционный эквивалент снижается на 15%, достоверно возрастает кислородный эффект дыхательного цикла. Частота сердечных сокращений у взрослых мужчин снижается на 10%, и в то же время увеличение систолического выброса на 9% обуславливает такое же увеличение минутного объема кровообращения.

Изменения дыхательной функции крови у мужчин зрелого возраста после курса ИГТ проявились в увеличении насыщения кислородом в артериальной (Ба02) и смешанной венозной крови (8у02). Содержание кислорода в

артериальной крови (Са02) возросло на 3%, а в смешанной венозной крови -на 6%. Увеличилось содержание гемоглобина в крови.

Заключение

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что в результате адаптации к гипоксии в горах и в курсе нормобарической интервальной ги-поксической тренировки организм мобилизует имеющиеся компенсаторные механизмы. Усиливаются в первую очередь функции внешнего дыхания, кровообращения, дыхательной функции крови, активность которых ответственна за поэтапную доставку кислорода к тканям, т.е. функции физиологических систем, обслуживающих ФСД. Приведенные выше особенности внешнего дыхания, кровообращения, дыхательной функции крови обусловили изменение скорости поэтапной доставки кислорода и его потребление.

Результатом месячного пребывания в горах и 14-дневного курса ИГТ явилось улучшение показателей иммунной системы детей, подростков, лиц юношеского и зрелого возраста. Об усилении естественной неспецифической иммунореактивности свидетельствуют возросшие показатели функционально-метаболической и фагоцитарной активности нейтрофильных лейкоцитов. Полученные данные свидетельствуют об улучшении как количественного, так и функционального состояния Т-клеточного звена иммунитета, что может определять повышение сопротивляемости организма к разного рода неблагоприятным воздействиям. Улучшение функционального состояния гуморального иммунитета выражалось повышением содержания в крови сывороточных иммуноглобулинов и снижением уровня циркулирующих иммунных комплексов. Это позволяет предположить наличие иммуномодулирующего действия процесса адаптации к гипоксии на организм детей, подростков и лиц среднего возраста, что представляется чрезвычайно важным для проведения как профилактических, так и лечебных мероприятий с использованием метода адаптации к гипоксии.

Сравнительное изучение полученных результатов показало, что при адаптации к гипоксии в курсе ИГТ улучшение показателей состояния иммунной системы несколько более выраженное, чем это имело место при адаптации к гипоксии в горных условиях. После курса ИГТ наблюдалось одновременное улучшение как клеточного, так и гуморального иммунитета, тогда как в горных условиях большим изменениям подвержены показатели клеточного звена иммунологической защиты.

Результаты воздействия длительной адаптации к гипоксии в условиях среднегорья и курса ИГТ на состояние функциональной системы дыхания и на иммунологическую реактивность организма доказывают эффективность и однонаправленность действия месячного пребывания в условиях среднегорья и 14-дневного курса ИГТ.

Таким образом, адаптация к гипоксии в условиях среднегорья, как и курс нормобарической ИГТ, подтверждает причастность иммунной системы к адаптивным механизмам и обладает конструктивным иммуномодулирующим эффектом у лиц разного возраста, что позволяет рекомендовать данные методы как перспективное направление в лечении, реабилитации и профилактике различных заболеваний, а также проведении общеоздоровительных мероприятий.

Выводы

1. После курса ИГТ происходит улучшение состояния ФСД и нормализация снабжения организма кислородом, что приводит к улучшению состояния клеточного и гуморального звеньев иммунитета. Возрастает уровень В-лимфоцитов, Т-лимфоцитов, Т-хелперов, Т-супрессоров по сравнению с первоначальными значениями.

2. У подростков 13-16 лет адаптация к длительному действию гипоксии приводит к преобладанию функциональной активности гуморального иммунитета, выражающемуся увеличением количественного содержания В-лимфоцитов и сывороточных иммуноглобулинов.

3. Установлены возрастные отличия в динамике субпопуляционного состава Т-лимфоцитов. У лиц всех возрастных групп наблюдалось выраженное в разной степени достоверное увеличение Т-лимфоцитов. Популяция Т-хелперов возросла после пребывания в среднегорье у всех обследуемых, за исключением подростков. У подростков возросло количество Т-супрессоров, что закономерно привело к снижению иммунорегуляторного индекса. У детей, юношей, мужчин наблюдался рост ИРИ.

4. Адаптация к гипоксии в условиях среднегорья, как и курс интервальной гипоксической тренировки, обладает конструктивным иммуномодулирующим эффектом у здоровых людей разного возраста, что дает научнотеоретическое основание характеризовать данные методы как перспективное направление в лечении, реабилитации и профилактике различных заболеваний, а также проведении общеоздоровительных мероприятий.

Список литературы

1. Пастушенков, В. Л. Иммунологическая неоднородность популяций в аспекте адаптации к гипоксии : автореф. дис. ... канд. мед. наук / В. Л. Пастушенков. - Л., 1988. - 24 с.

2. Реджебова, O. K. Влияние гипоксической гипоксии на иммунологическую реактивность и некоторые факторы неспецифической резистентности организма человека и животных / O. K. Реджебова // Физиол. журн. - 1992. - Т. 38. - № 5. -С. 98-111.

3. Lee, A. K. Increased oxygen tensions influence subset composition of the cellular immune system in aged mice / A. K. Lee, R. B. Hester, J. H. Coggin [at al.] // Cancer-Biother. - 1994. - V. 9. - № 1. - P. 39-54.

4. Петров, Р. В. Иммунология / Р. В. Петров. - М. : Медицина, 1987. - 415 с.

5. Корнева, Е. А. Регуляция защитных функций организма / Е. А. Корнева,

B. А. Шекоян. - Л. : Наука, 1982. - 139 с.

6. Крыжановский, Г. Н. Нейроиммунопатология / Г. Н. Крыжановский,

C. В. Магаева, С. В. Макаров. - М., 1997. - 283 с.

7. Хаитов, Р. М. Иммунология / Р. М. Хаитов, Г. А. Игнатьева, И. Г. Сидорович. -М. : Медицина, 2000.

8. Ярилин, А. А. Структура тимуса и дифференцировка Т-лимфоцитов / А. А. Ярилин, В. Г. Пинчук, Ю. А. Гриневич // Институт проблем онкологии и радиобиологии им. Р. Е. Кавецкого. - Киев : Наукова думка, 1991. - 248 с.

9. Фролов, Е. П. Нейрогуморальные механизмы регуляции иммунологических процессов / Е. П. Фролов. - М. : Медицина, 1974. - 264 с.

10. Лебедев, К. А. Иммунограмма в клинической практике / К. А. Лебедев, И. Д. Понякина. - М. : Наука, 1991.

11. Altiand, P. D. Immun response in Rabbits exposed to High Altitude / P. D. Altiand, P. Highman, F. Smith // I. Infect. Diseases. - 1963. - V. 113. - № 2. - P. 228-232.