На правах рукописи РЕПИНА Вероника Павловна МЕХАНИЗМЫ

На правах рукописи
РЕПИНА Вероника Павловна
МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ КАТЕХОЛАМИНОВ НА РЕГУЛЯЦИЮ
ИММУННОГО ГОМЕОСТАЗА
03.00.13 – Физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Архангельск – 2008
Работа выполнена в отделе экологической иммунологии
Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения
Российской академии наук
Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,
доктор медицинских наук, профессор
Лилия Константиновна Добродеева
Официальные
оппоненты:
доктор медицинских наук, профессор
Валерия Ивановна Макарова
кандидат биологических наук, доцент
Людмила Владимировна Морозова
Ведущая организация:
Государственное образовательное учреждение
высшего
профессионального
образования
«Петрозаводский государственный университет»
Защита диссертации состоится «__» ___________ 2008 г. в _____ часов на
заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.191.01
при Поморском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу:
163045, г. Архангельск, ул. Бадигина, д.3.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Поморского
государственного университета имени М.В. Ломоносова.
Автореферат разослан «____»_______ 2008 г.
Ученый секретарь совета по защите докторских
и кандидатских диссертаций Д 212.191.01,
кандидат медицинских наук, доцент
2
Н.В. Афанасенкова
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. Функционирование иммунной системы тесно
связано с нейроэндокринной, что подтверждается рядом исследований
(В.В. Абрамов, 1996; Л.А. Захарова, А.М. Василенко, 1984; J.E. Blalock, 1992;
K. Madden, 1995; R.L. Wilder, 1995). Эти системы активно участвуют в процессах
адаптации организма к неблагоприятным условиям обитания, регулируя процессы
роста, жизнедеятельности и функционирования клеток (Т.К. Давтян, 2006;
H. Besedovsky, 1983). На мембранах иммунокомпетентных клеток присутствуют
дофаминовые и адренорецепторы, по средствам которых нейротрансмиттеры
участвуют в регуляции иммунных реакций, воздействуя на пролиферацию
лимфоцитов и макрофагов, модулируя продукцию лимфокинов и цитокинов
(В.В. Абрамов, 2006; И.Г. Соловьева, 2002). Нервные клетки, также снабжены
высокоспецифичными рецепторами для различных цитокинов, являющихся
своеобразными медиаторами иммунной системы (В.В. Абрамов, 1995).
Особенности проживания на Севере способствуют формированию изменений
реактивности со стороны иммунной и нейроэндокринной систем, а также
взаимодействия между ними. Исходные иммунодефициты, регистрируемые у
людей, проживающих в неблагоприятных климатических условиях, влияют на
возможность
организма
формировать
адекватный
иммунный
ответ
(Л.К. Добродеева, 2003). Известно, что нарушение взаимосвязи нервной и
иммунной систем при адаптации организма может инициировать развитие и
способствовать прогрессированию различных заболеваний (онкопатологии,
иммунодефицитных, аллергических, аутоиммунных заболеваний и др.)
(Л.А. Захарова, Р.В. Петров, 1990).
Считается, что катехоламины, являясь стрессовыми медиаторами, оказывают
исключительно подавляющий эффект на развитие иммунных реакций, путем
снижения активности макрофагов, натуральных киллеров (Е.В.Гонсалес, 2006;
I.J. Elenkov, 1998). Однако в последнее время стали появляться единичные
сведения и о возможной их иммуностимулирующей роли. В частности
указывается, что катехоламины способны активизировать Т-хелперную
активность и изменять активность клеток макрофагально-моноцитарного ряда
(Л.А. Захарова, 1984; I.J. Elenkov, 2000). Существуют механизмы, через которые
катехоламины способны стимулировать как клеточный, так и гуморальный
иммунные
ответы,
влияя
на
содержание
провоспалительных
и
противовоспалительных цитокинов в крови (Симбирцев А.С., 2007; Maimone D.,
1993).
Таким образом, механизм и вектор влияния катехоламинов, на развитие
иммунного ответа до сих пор остается спорным, а имеющиеся единичные
сведения немногочисленны и достаточно противоречивы. В связи с этим
представляет интерес изучение влияния катехоламинов на показатели иммунного
статуса, с учетом особенностей иммунной системы у людей, проживающих на
Севере.
Цель исследования: установить роль катехоламинов в регуляции иммунного
гомеостаза у практически здоровых людей, родившихся и проживающих на
Севере.
3
Задачи исследования:
1. Определить содержание катехоламинов в крови у практически здоровых
людей, родившихся и проживающих на Севере.
2. Выявить действие катехоламинов на активизацию (CD25+, CD71+,
HLADR+), пролиферацию (CD10+) и дифференцировку иммунокомпетентных
клеток (CD4+, CD8+, CD16+).
3. Установить влияние катехоламинов на содержание в крови
провоспалительных цитокинов IL-6, TNFα, растворимого рецептора к TNFα
(sTNF-RI) и противовоспалительного цитокина IL-10.
4. Выявить влияние катехоламинов на содержание иммуноглобулинов в
крови.
Положения, выносимые на защиту:
1. Повышение в процессе иммунного ответа активности пролиферации и
дифференцировки иммунокомпетентных клеток сопровождается увеличением
уровней катехоламинов в крови.
2. Катехоламины регулируют развитие воспалительных реакций, увеличивая
содержание
провоспалительных
цитокинов
и
снижая
концентрации
противовоспалительного цитокина IL-10, при повышении активности Тлимфоцитов с рецептором к IL-2.
3. Снижение антителообразования, на фоне повышения уровней реагинов в
крови ассоциировано с нарастанием концентрации катехоламинов.
Научная новизна исследования. Впервые установлено стимулирующее
влияние катехоламинов на содержание провоспалительных цитокинов (TNFα, IL6) и ингибирующее действие на концентрации противовоспалительного цитокина
(IL-10) в крови у людей, проживающих на Севере. Выявлено стимулирующее
влияние катехоламинов на лимфопролиферацию (CD10+), активизацию
иммунокомпетентных клеток с рецептором к IL-2 (CD25+) и их дифференцировку
(CD4+, CD8+). Установлено иммуносупрессивное влияние катехоламинов на
содержание сывороточных IgA на фоне компенсаторного повышения
концентрации IgE.
Научно-практическая значимость исследования. Получены новые данные
о содержании в периферической крови катехоламинов у практически здоровых
людей, проживающих в условиях Европейского Севера. Выявлены особенности
взаимодействия иммунной и нейроэндокринной систем, проанализировано их
значение, что позволяет повысить адаптационные возможности организма с
учетом региональных особенностей иммунного статуса.
Результаты исследования внедрены в практику работы врачей-иммунологов
медицинской компании «Биокор» для профилактики экологически зависимых
иммунодефицитов (акт о внедрении от 16.01.08). Материалы работы включены в
курс лекций по экологической физиологии на естественно-географическом
факультете Поморского государственного университета им. М.В. Ломоносова (акт
о внедрении от 18.02.08).
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с комплексным
планом НИР Института физиологии природных адаптаций УрО РАН (номер
государственной регистрации 01.2.00101811).
4
Апробация работы и публикации. Основные положения работы
представлены и обсуждены на заседании Ученого Совета Института физиологии
природных адаптаций УрО РАН (Архангельск, 2006 - 2008); заседании
проблемной комиссии по медико-биологическим наукам Поморского
государственного университета им. М.В. Ломоносова (Архангельск, 2008);
Международном симпозиуме «Interaction of neuro and immune systems in normal
and pathology» (Санкт-Петербург, 2007); XI Всероссийском научном форуме с
международным участием имени академика В.И. Иоффе «Дни иммунологии в
Санкт-Петербурге» (Санкт-Петербург, 2007); VI Молодежной научной
конференции Института физиологии КНЦ УрО РАН «Физиология человека и
животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2007); VI
Конференции иммунологов Урала «Актуальные вопросы фундаментальной и
клинической иммунологии и аллергологии» (Ижевск, 2007); Международной
молодежной научной конференции «Экология 2007» (Архангельск, 2007);
Ежегодной научно-практической конференции «Вопросы сохранения и развития
здоровья населения Севера и Сибири» (Красноярск, 2007); X Всероссийской
медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его
здоровье» (Санкт-Петербург, 2007); XIII Конгрессе «Современные проблемы
аллергологии, иммунологии и иммунофармакологии» (Москва, 2007);
Международном конгрессе «World immune regulation meeting» (Davos, 2007);
Национальной конференции «Аллергология и клиническая иммунология –
междисциплинарные проблемы» (Москва, 2008); Международном конгрессе
«World immune regulation meeting» (Davos, 2008).
По материалам диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 3
в рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 115 страницах
машинописного текста и состоит из введения, трех глав (обзор литературы,
материалы и методы исследования, результаты исследований и их обсуждение),
заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа
иллюстрирована 11 таблицами и 11 рисунками. Список литературы включает 228
источников, из них 115 отечественных и 113 зарубежных публикаций.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Все исследования проведены в период с 2005-2007 гг. Проанализированы
результаты иммунологического обследования 95 практически здоровых человек.
На момент обследования не было выявлено хронических, острых и
рецидивирующих заболеваний. Забор крови проводился из локтевой вены, в
утренние часы (9-10ч), натощак.
Комплекс исследований включал определение гемограммы, интенсивности и
активности фагоцитоза, содержания фенотипов лимфоцитов (CD3+, CD4+, CD5+,
CD8+, CD10+, CD16+, CD25+, CD71+, HLADR+), иммуноглобулинов классов M, G,
A, E, провоспалительных цитокинов IL-6, TNFα, растворимого рецептора к TNFα
(sTNF-RI) и противовоспалительного цитокина IL-10, катехоламинов (дофамин,
норадреналин, адреналин).
Количество клеток гемограммы подсчитывали в мазках крови, окрашенных
по Романовскому-Гимзе, производили подсчет 100 клеток.
5
Для определения фагоцитарной активности нейтрофилов и интенсивности
фагоцитоза в пробирку вносили 100 мкл латекса + 100 мкл крови с гепарином,
перемешивали и ставили в термостат на 30 мин (при температуре 37°С).
Предметные стекла с мазками высушивали при комнатной температуре,
фиксировали смесью Никифорова – 20 мин и окрашивали по РомановскомуГимзе 40 мин. Полученные результаты оценивались по фагоцитарному
показателю и фагоцитарному числу.
Для
фенотипирования
лимфоцитов
использовали
непрямую
иммунопероксидазную реакцию с применением моноклональных антител (НПЦ
«МедБиоСпектр», г. Москва).
Методом твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) изучали
концентрацию фактора некроза опухоли альфа (TNF-α), растворимого рецептора
к TNF-α (sTNF-RI), интерлейкина-6 (IL-6), интерлейкина-10 (IL-10)
(диагностические наборы BioSourse Europe S.A.); адреналина и норадреналина
(диагностические
наборы
«IBL»
Hamburg,
Германия);
дофамина
(диагностический набор «LDN», Германия); IgE (диагностический набор Dr.
Fooke Laboratorien GMBH, Германия); IgM, IgG, IgA (диагностические наборы
Seramune Diagnostica GmbH, Германия). Оценка результатов проводилась с
помощью фотометра «Multiscan MS» фирмы «Labsystems» (Финляндия).
Результаты исследования обработаны с использованием пакета прикладных
программ «Microsoft Excel MX» и «Statistica 6.0». Проведено определение границ
нормального распределения показателей. Достоверность различий между
группами оценивали с помощью параметрического t-критерия Стьюдента и
непараметрического критерия Уилкоксона. Корреляционный анализ параметров
проведен с учетом ранговой корреляции Спирмена с определением коэффициента
корреляции (r) и оценки его достоверности. Статистическая достоверность
присваивалась при значении p<0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что содержание дофамина и
норадреналина в периферической крови практически здоровых людей,
родившихся и проживающих на Севере, не превышает верхних границ
физиологических норм (дофамин до 100 нг/мл; норадреналин до 600 нг/мл). Для
адреналина отмечено превышение концентраций у 4,65% обследованных (норма
до 125 нг/мл). Среднее содержание дофамина в крови составило – 31,87±3,21
нг/мл, норадреналина – 142,11±1,18 нг/мл, адреналина – 57,67±1,63 нг/мл. Для
анализа влияния биологически активных аминов результаты исследования
разделены на группы по уровню их содержания относительно среднего значения,
характерного для всей группы и в соответствии с гистограммами распределения.
Согласно этому средние концентрации катехоламинов в дифференцированных
группах составили соответственно для дофамина 60,7±1,91 и 8,22±0,66 нг/мл
(p<0,01), для норадреналина - 211,49±1,60 и 92,53±6,83 нг/мл (p<0,01), для
адреналина - 85,27±1,99 и 24,64±2,66 нг/мл (p<0,01).
Одним из экологически зависимых иммунных дисбалансов у жителей Севера
является относительно невысокий уровень процента активных фагоцитов при
достаточно высокой интенсивности фагоцитоза. Это находит свое отражение в
6
высокой частоте распространения у обследованных дефицита фагоцитарной
защиты, выявленного в 45,26 % случаев, на фоне достаточно высокого уровня
фагоцитарного числа, среднее значение которого составило 9,7. Установлено, что
повышение концентраций дофамина ассоциируется со снижением активности
фагоцитоза, снижая процент активных нейтрофилов с 56,56±2,28 до 51,44±2,03
(p<0,01) и интенсивность фагоцитарной реакции с 9,24±1,92 до 7,83±0,52 (p<0,01).
Для норадреналина и адреналина не определено статистически значимых
различий. Увеличение концентраций норадреналина незначительно изменяет
показатели фагоцитарной защиты: интенсивность фагоцитоза с 8,6±0,59 до
9,01±0,52 (p>0,05) и процент активных нейтрофилов с 51,96±3,06 до 54,17±3,69 %
(p>0,05). Для адреналина характерна также закономерность с тенденцией к
подавлению интенсивности фагоцитоза с 9,42±0,66 до 8,22±0,77 и снижению
процента активных фагоцитов с 53,35±3,02 до 52,48±3,56% (рис. 1, 2).
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
‫٭٭‬
0
20
40
60
80
среднее значение (%)
Рис. 1. Влияние катехоламинов на активность фагоцитоза.
Примечание:
- группы с повышенными концентрациями катехоламинов;
- группы с пониженными концентрациями катехоламинов; ‫٭‬p<0,05, ‫٭٭‬p<0,01
– достоверность различий в сравниваемых группах.
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
‫٭٭‬
0
2
4
6
8
10
12
среднее значение (частиц/кл)
Рис. 2. Влияние катехоламинов на интенсивность фагоцитоза.
Примечание:
- группы с повышенными концентрациями катехоламинов;
- группы с пониженными концентрациями катехоламинов; ‫٭‬p<0,05, ‫٭٭‬p<0,01достоверность различий в сравниваемых группах.
7
CD25+
CD71+
Дофамин
Норадреналин
Адреналин
Дофамин
Норадреналин
Адреналин
‫٭‬
Дофамин
‫٭‬
Норадреналин
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
Адреналин
среднее содержание (109 кл/л)
Таким образом, дофамин ингибирующе влияет на фагоцитарные показатели,
что связано с влиянием катехоламина на продукцию цАМФ, активизирующей
деятельность фагоцитов.
Катехоламины не оказывают влияния на содержание фенотипов лимфоцитов
+
CD3 и CD5+. Изменение их уровней, в группах обследованных с пониженным и
повышенным содержанием катехоламинов, составило соответственно для
дофамина с 0,57±0,04 до 0,55±0,02×109кл/л и с 0,57±0,02 до 0,59±0,03×109кл/л; для
норадреналина с 0,50±0,03 до 0,55±0,03×109кл/л и с 0,56±0,03 до
0,60±0,04×109кл/л; для адреналина с 0,52±0,03 до 0,52±0,02×109кл/л и с 0,58±0,04
до 0,57±0,03×109кл/л.
Взаимосвязь и влияние катехоламинов на процессы активизации лимфоцитов
изучена на моделях фенотипов с рецепторами к IL-2 (СD25+), трансферину
(СD71+) и антигенам главного комплекса гистосовместимости класса II (HLАDR+)
(рис. 3). Регистрируется достоверное увеличение экспрессии активированных
молекул СD25+, при повышении уровней адреналина с 0,31±0,01 до
0,35±0,02×109кл/л (p<0,05) и дофамина – с 0,32±0,01 до 0,36±0,01×109кл/л
(p<0,05). Не установлено достоверного изменения содержания клеток HLАDR+
при повышении уровней катехоламинов.
HLADR+
Рис. 3. Влияние катехоламинов на активизацию иммунокомпетентных
клеток.
Примечание:
- группы с повышенными концентрациями катехоламинов;
- группы с пониженными концентрациями катехоламинов; ‫٭‬p<0,05, ‫٭٭‬p<0,01
– достоверность различий в сравниваемых группах.
8
Под влиянием дофамина концентрация HLАDR+ изменяется с 0,39±0,03 до
0,40±0,02, под действием норадреналина снижается 0,42±0,04 до 0,39±0,03,
адреналин не оказывает влияния на данные клетки, уровень их в обеих группах
сравнения составил 0,41±0,04×109кл/л.
В группах обследованных с пониженными концентрациями дофамина,
норадреналина и адреналина содержание активированных клеток с рецептором к
трансферину было примерно на одном уровне и составило соответственно
0,30±0,02; 0,30±0,02 и 0,31±0,03×109кл/л. В то время как в группах с повышенным
содержанием катехоламинов концентрации их составили: для дофамина –
0,33±0,02; для норадреналина – 0,30±0,03; для адреналина – 0,30±0,03×109кл/л.
Следовательно, увеличивая концентрации активированных иммунокомпетентных
клеток, катехоламины, стимулируют повышение уровня иммунной реакции, при
этом механизмом такого действия является повышение чувствительности к IL-2,
без существенных изменений активности лимфоцитов с рецептором к
трансферину и антигенам главного комплекса гистосовместимости класса II.
Влияние дофамина и норадреналина на лимфопролиферацию клеток
иммунной системы проявляется в повышении содержания CD10+ в
периферической крови соответственно с 0,36±0,01 до 0,41±0,02×109 кл/л (r=0,27;
p<0,05) и с 0,30±0,02 до 0,41±0,03×109 кл/л (r=0,31; p<0,01). Не удалось
установить стимулирующего действия адреналина на пролиферацию лимфоцитов
(0,35±0,02 и 0,33±0,03×109 кл/л; p>0,05), что может быть опосредовано либо
регуляцией по типу обратной связи и проявляется в снижении чувствительности
клеток к действию адреналина, либо потерей данной способности у конечного
продукта метаболизма катехоламинов.
Роль
биологически
активных
аминов
в
дифференцировке
иммунокомпетентных клеток определена на фенотипах лимфоцитов CD4+, CD8+ и
CD16+ (рис. 4). Увеличение концентраций адреналина ассоциируется с
повышением уровня нормальных киллеров (CD16+) с 0,34±0,02 до
0,40±0,03×109кл/л (r=0,22; p<0,05).
Дофамин и норадреналин, вероятно, не обладают этим свойством, изменение
содержания CD16+, при возрастании их концентрации составило соответственно с
0,40±0,02 до 0,37±0,01×109кл/л и с 0,36±0,03 до 0,37±0,04×109кл/л (p>0,05). Таким
образом, влияя на содержание CD16+, катехоламины регулируют активность
антителозависимой цитотоксичности, так как известно, что натуральные киллеры
выполняют цитотоксическую функцию, но из-за отсутствия в их мембране
антигенспецифических рецепторов, цитолиз является антителозависимым.
Содержание CD8+ увеличивается в группах с относительно высоким уровнем
норадреналина (0,43±0,02×109кл/л) по сравнению с данными обследования групп
с низкими их концентрациями (0,38±0,03×109кл/л, p<0,05). При этом адреналин не
оказывает существенного влияния на данные клетки, изменяя их концентрации с
0,39±0,03 до 0,41±0,03×109кл/л, (p>0,05). Для дофамина также не установлено
влияния на активизацию цитотоксических клеток, их уровень в обеих группах
составил 0,42±0,02×109кл/л.
Итак, норадреналин, действуя на CD8+ Т-лимфоциты, участвующие в
распознавании чужеродных антигенов, регулирует цитотоксическую активность
лимфоцитов.
9
среднее содержание (109кл/л)
0,7
0,6
‫٭٭‬
‫٭‬
‫٭‬
0,5
‫٭‬
‫٭‬
0,4
0,3
0,2
0,1
CD4+
CD8+
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
0
CD16+
Рис. 4. Влияние катехоламинов на дифференцировку иммунокомпетентных
клеток.
Примечание:
- группы с повышенными концентрациями катехоламинов;
- группы с пониженными концентрациями катехоламинов; ‫٭‬p<0,05, ‫٭٭‬p<0,01
–достоверность различий в сравниваемых группах.
Все изучаемые в работе биологически активные амины повышают
содержание Т-хелперов в периферической крови. Отмечается возрастание
уровней CD4+ с 0,52±0,02 до 0,56±0,02×109 кл/л (r=0,33; p<0,01) при увеличении
концентрации дофамина. Такая же закономерность отмечена для норадреналина и
адреналина - соответственно уровни Т-хелперов составили 0,52±0,01 и
0,54±0,01×109 кл/л (r=0,31; p<0,05); 0,51±0,02 и 0,55±0,02×109 кл/л (r=0,26; p<0,05).
Влияние катехоламинов на CD4+ клетки подтверждается и тем, что в группе
обследованных с не компенсированным Т-хелперным дефицитом, установлено
достоверное снижение содержания всех изучаемых в работе биологически
активных аминов: дофамина с 31,87±1,21 до 29,98±1,16 нг/мл (p<0,05);
норадреналин - с 142,33±1,19 до 135,42±1,60 нг/мл (p<0,05); адреналин - с
57,07±1,63 до 53,23±1,52 нг/мл (p<0,01). Известно, что Т-хелперы играют
значительную роль в активизации иммунного ответа, как клеточного, так и
гуморального. Установленное нами влияние вероятно опосредовано за счет
дифференцировки CD4+ по второму типу, что согласуется с литературными
данными о том, что катехоламины выборочно подавляют функционирование Тхелперов первого типа, стимулируя T-хелперы второго типа (Абрамов В.В. 2006,
Elenkov I. 2000, Kohm A.P. 2001). Следовательно, катехоламины посредствам
активизации CD4+, способны стимулировать антителообразование, развитие
10
гуморального иммунного ответа, в том числе инициировать реагиновый вариант
защиты. Таким образом, установлено стимулирующее влияние катехоламинов на
процесс дифференцировки Т-хелперов и цитотоксических лимфоцитов.
Анализируя содержание цитокинов в периферической крови, установлено,
что концентрации IL-10 и TNFα находятся в пределах физиологической нормы. В
11% случаев выявлено повышение уровней провоспалительного цитокина IL-6. У
13% обследованных установлено превышение уровня растворимого рецептора к
TNF-α. Известно, что цитокины обеспечивают взаимодействие клеток иммунной
системы, влияют на процессы антителообразования, обладают способностью
регулировать рост, дифференцировку и функционирование иммунокомпетентных
клеток.
Установлено, что повышение содержания катехоламинов ассоциировано с
увеличением концентрации провоспалительного IL-6, что вероятно опосредуется
за счет активизации протеинкиназы и циклического АМФ, через βадренорецепторы (рис. 5). В группе обследованных лиц с относительно высоким
содержанием дофамина концентрации IL-6 были достоверно выше (23,75±0,35 и
21,11±0,28 пг/мл, p<0,01). Также как и в случае анализа содержания дофамина
определена прямая взаимосвязь концентраций норадреналина и цитокина IL-6.
При повышении уровней данного амина отмечается значительное увеличение
содержания IL-6 (соответственно с 13,39±0,35 до 15,15±0,38 пг/мл, p<0,05). Для
групп, обследованных с относительно высокой концентрацией адреналина в
крови, уровень данного цитокина составил 15,25±0,37 пг/мл, в то время как в
группе с относительно пониженными концентрациями отмечаются более низкие
уровни IL-6 – 12,83±0,36 пг/мл (p<0,05).
Участие катехоламинов в развитии воспалительных реакций проявляется
также во влиянии их на содержание в крови такого провоспалительного цитокина
как TNFα и растворимого рецептора к нему (sTNF-RI). В ходе исследования,
установлено достоверное повышение уровней TNFα и sTNF-RI в крови в группе
обследованных с концентрацией дофамина более 20 нг/мл. Увеличение
содержания растворимого рецептора к TNFα наблюдалось с 2,95±0,24 до
3,28±0,26 пг/мл, p<0,05; TNFα – с 15,02±0,91 до 15,50±0,99 пг/мл, p<0,05. При
увеличении содержания норадреналина в крови регистрируется повышение
концентраций TNFα и sTNF-RI соответственно с 11,94±0,38 до 12,64±0,39 пг/мл
(p<0,01) и с 2,12±0,14 до 2,50±0,19 пг/мл (p<0,05). Адреналин в отличие от своих
предшественников увеличивает содержание только растворимого рецептора к
TNFα с 2,08±0,11 до 2,46±0,19 пг/мл, (p<0,01).
Таким образом, катехоламины, посредствам TNFα и sTNF-RI способны
влиять на активность натуральных киллеров усиливая их, модулировать
эффективность механизмов противоопухолевой и противовирусной защиты
клеток, усиливать экспрессию молекул адгезии для лейкоцитов. Известно, что
повышение концентраций растворимого рецептора, является результатом
«щетинга», сбрасывания рецептора с поверхности клетки. Следовательно,
адреналин, как конечный продукт метаболизма катехоламинов способствует
активизации этого процесса, тем самым, снижая чувствительность клеток к TNFα,
регулируя активность и уровень иммунного ответа.
11
‫٭٭‬
25
20
‫٭‬
‫٭‬
‫٭٭‬
15
‫٭‬
10
TNFα
sTNF-RI
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
‫٭٭‬
Адреналин
Дофамин
Адреналин
Норадреналин
0
‫٭‬
Норадреналин
‫٭‬
5
Дофамин
средняя концентрация (пг/мл)
30
IL-6
Рис. 5. Изменение содержания провоспалительных цитокинов при различных
концентрациях катехоламинов.
Примечание:
- группы с повышенными концентрациями катехоламинов;
- группы с пониженными концентрациями катехоламинов; ‫٭‬p<0,05, ‫٭٭‬p<0,01
– достоверность различий в сравниваемых группах.
Противоположная закономерность выявлена относительно влияния на
содержание противовоспалительного цитокина IL-10 (рис. 6). Доказано
ингибирующее действие дофамина и адреналина на уровень данного цитокина.
Концентрация IL-10 была заметно выше у лиц с низким уровнем дофамина в
крови (5,74±0,24 пг/мл) при сравнении с группой обследованных с высоким его
содержанием (4,60±0,41 пг/мл; p<0,01); значительное снижение концентрации
противовоспалительного цитокина IL-10 (с 8,58±2,76 до 3,26±0,66 пг/мл; p<0,01)
отмечается при повышении уровней адреналина.
Учитывая, что противовоспалительный цитокин обеспечивает торможение
иммунной реакции, прекращение её и возвращение уровня иммунного
реагирования на исходную, фоновую позицию, можно сказать, что дофамин и
адреналин обеспечивают иммунный гомеостаз путем понижения продукции
противовоспалительного цитокина, что, вероятно, является механизмом
регулирования катехоламинами уровней провоспалительных цитокинов и в
первую очередь IL-6. Таким образом, изучаемые биологически активные амины,
способные
регулировать
содержание
провоспалительных
и
противовоспалительных цитокинов, а также процесс «щетинга» рецепторов к
TNFα, стабилизируют цитокиновый профиль.
12
Адреналин
‫٭٭‬
Норадреналин
Дофамин
‫٭٭‬
0
2
4
6
8
10
12
средняя концентрация IL-10 (пг/мл)
Рис. 6. Влияние катехоламинов на содержание противовоспалительного
цитокина IL-10.
Примечание:
- группы с повышенными концентрациями катехоламинов;
- группы с пониженными концентрациями катехоламинов; ‫٭‬p<0,05, ‫٭٭‬p<0,01
– достоверность различий в сравниваемых группах.
Возрастание концентраций дофамина и адреналина взаимосвязано с
повышением содержания IgM, что свидетельствует о стимулирующем влиянии
катехоламинов на инициальный синтез антител (рис. 7). При возрастании уровней
дофамина повышается содержания IgM с 2059,89±1,92 мкг/мл в группе с
относительно пониженной концентрацией до 2129,74±1,67 мкг/мл в группе с
относительно повышенным его уровнем. В группах сравнения адреналина
наблюдается сходный эффект, т.е. увеличение концентрации IgM с 2132,38±2,92
до 2350,08±2,80 мкг/мл (p<0,01). Норадреналин оказывает противоположное
действие, снижая концентрацию IgM с 2427,19±2,97 до 2084,65±2,80 мкг/мл.
При этом регистрируется явный дисбаланс с низкими уровнями содержания
IgG и IgА. Учитывая последовательность смены синтеза классов
иммуноглобулинов, можно полагать, что стимулируя повышение концентрации
IgМ, катехоламины могут формировать дисбаланс содержания иммуноглобулинов
с избирательным дефицитом IgG и IgА. Повышение уровня дофамина связано со
снижением концентрации иммуноглобулина G с 7523,16±5,08 до 6987,19±4,25
мкг/мл (p<0,01). Норадреналин и адреналин, оказывая такой же эффект,
понижают уровень IgG соответственно с 7395,33 ±8,65 до 6733,75±1,07 мкг/мл
(p<0,05) и с 10710,39±1,23 до 9486±8,03 мкг/мл (p<0,05). Высокие концентрации
всех изучаемых в работе катехоламинов ассоциированы со снижением
содержания IgA. При возрастании уровней адреналина концентрация IgA
понижается с 3511,63±2,88 до 2961,5±3,16 мкг/мл (p<0,01), при увеличении
содержания норадреналина – с 3183,17±3,94 до 3135,6±2,09 мкг/мл, дофамина – с
3465,14±2,43 до 3210,39±2,03 мкг/мл (p<0,05).
Установлено, что адреналин, по сравнению с двумя другими катехоламинами
оказывает более значимое ингибирующее влияние на уровень данного
иммуноглобулина. Известно, что на Севере наиболее распространен дефицит IgА
и он формируется ещё в детстве за счет отставания возрастного формирования
13
12000
‫٭‬
10000
‫٭٭‬
8000
‫٭‬
6000
‫٭٭‬
‫٭‬
4000
‫٭٭‬
IgM
IgG
IgA
‫٭٭ ٭٭‬
‫٭٭‬
Норадреналин
Адреналин
Дофамин
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
Адреналин
0
Норадреналин
2000
Дофамин
средняя концентрация (мкг/мл)
иммунной системы. Вполне возможно, что высокие концентрации катехоламинов
и сезонные колебания имеют непосредственное отношение к развитию
экологически зависимых иммунодефицитов на Севере, по крайней мере
относительно IgА.
IgE
Рис. 7. Изменение содержания иммуноглобулинов в зависимости от
концентрации катехоламинов.
Примечание:
- группы с повышенными концентрациями катехоламинов;
- группы с пониженными концентрациями катехоламинов; ‫٭‬p<0,05, ‫٭٭‬p<0,01
– достоверность различий в сравниваемых группах.
На фоне сокращения уровней IgA отмечается увеличение содержания IgE в
крови обследуемых. Концентрация реагинов в группе с относительно высоким
уровнем адреналина составила 238,20±10,12 МЕ/мл, при относительно низких –
82,57±3,58 МЕ/мл (p<0,01). Такая же закономерность установлена для дофамина –
повышение концентрации реагинов в группе обследованных с относительно
повышенным его содержанием – 209,06±6,26 МЕ/мл, по сравнению с группой с
относительно пониженным уровнем дофамина – 148,45±4,69 МЕ/мл (p<0,01). При
сравнении изменения концентрации реагинов в зависимости от содержания
норадреналина также отмечается положительная взаимосвязь, что проявляется в
возрастании уровней IgE с 110,36±3,39 до 249,71±12,23 МЕ/мл (p<0,01) при
повышенных концентрациях норадреналина. Вероятно данные иммуноглобулины,
являясь местными антителами, компенсируют снижение уровней IgА. Подобная
14
реакция, как было сказано выше, активизируется посредством Т-хелперов второго
типа.
Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о том, что
катехоламины оказывают свое влияние на всех этапах развития иммунного
ответа, что проявляется в увеличении лимфопролиферативных реакций (CD10+),
повышении содержания клеток, активированных IL-2 (CD25+), стимуляции
дифференцировки Т-хелперов и цитотоксических лимфоцитов, в том числе
нормальных киллеров. Участие биологически активных аминов в регуляции
цитокиновых реакций обусловлено повышением содержания провоспалительных
цитокинов (IL-6 и TNFα) и снижением уровня противовоспалительного цитокина
IL-10, что свидетельствует о стимулирующем влиянии их на развитие
воспалительных процессов и усилении реактивности со стороны иммунной
системы. Установлено влияние катехоламинов на антителообразование, за счет
снижения содержания IgG, IgA, на фоне компенсаторного повышения
концентрации реагинов в сыворотке крови.
ВЫВОДЫ
1. Содержание катехоламинов в периферической крови практически здоровых
мужчин не превышает верхние пределы физиологических норм: средняя
концентрация дофамина составила – 31,87±3,21; норадреналина – 142,11±1,18;
адреналина – 57,67±1,63 нг/мл.
2. Дофамин и норадреналин стимулируют лимфопролиферацию с
увеличением содержания в крови CD10+ (соответственно с 0,36±0,01 до 0,41±0,02
и с 0,30±0,02 до 0,41±0,03×109кл/л); адреналин не оказывает подобного влияния.
3. Дофамин и адреналин повышают содержание в крови активированных Тлимфоцитов с рецептором к IL-2 (соответственно с 0,32±0,01 до 0,36±0,01 и с
0,31±0,01 до 0,35±0,02×109кл/л), не изменяя концентрацию CD71+ и HLADR+;
норадреналин существенно не изменяет концентрации активированных Т-клеток.
4. Норадреналин увеличивает содержание в крови дифференцированных Тлимфоцитов CD8+ (с 0,38±0,03 до 0,43±0,02×109кл/л), концентрации CD16+
повышает только адреналин (0,34±0,02 и 0,40±0,03×109кл/л); уровень содержания
CD4+ увеличивается при повышении концентрации всех трех катехоламинов
(дофамин повышает содержание Т-хелперов с 0,52±0,02 до 0,56±0,02,
норадреналин и адреналин соответственно с 0,52±0,01 до 0,54±0,01 и с 0,51±0,02
до 0,55±0,02×109кл/л).
5. При не компенсированных Т-клеточных дефицитах, ассоциированных с
недостатком Т-хелперов, секреторных IgА и дефицитом фагоцитарной защиты,
содержание всех катехоламинов снижается в пределах нормы.
6. Катехоламины повышают содержание провоспалительных цитокинов в
крови (IL-6, TNFα), концентрации растворимого рецептора к TNFα sTNF-RI
(дофамин с 2,95±0,24 до 3,28±0,26, норадреналин - с 2,12±0,14 до 2,50±0,19,
адреналин – с 2,08±0,11 до 2,46±0,19 пг/мл) при снижении уровня
противовоспалительного цитокина IL-10 .
7. Катехоламины, сокращают период антителообразования IgG и IgА, с
компенсаторным увеличением концентраций IgЕ (под влиянием дофамина с
15
148,45±4,69 до 209,06±6,26, норадреналина – с 110,36±3,39 до 249,71±12,23 и
адреналина – с 82,57±3,58 до 238,20±10,12 МЕ/мл).
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Полученные результаты о среднем содержании и пределах колебаний
дофамина, норадреналина и адреналина в периферической крови практически
здоровых северян рекомендуются для использования в качестве фоновых
нормативов при определении уровня катехоламинов у больных.
2. Выявленные в работе механизмы влияния катехоламинов на иммунную
реактивность необходимо учитывать при использовании указанных веществ в
качестве лекарственных форм.
3. Приведенные в работе новые сведения о механизмах влияния
катехоламинов на иммунную реактивность рекомендуется использовать в
учебном процессе преподавания физиологии, эндокринологии и иммунологии.
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации
1. Штаборов В.А. Соотношение местных и общих реакций на Севере /
В.А. Штаборов, В.П. Репина, О.А. Ставинская // Russian Journal of
Immunology – 2006. – Vol.9. – Supp.3. – Р. 109.
2. Репина В.П. Влияние катехоламинов на иммунный гомеостаз / В.П. Репина,
О.А. Ставинская, В.А. Штаборов // Физиология человека и животных: от
эксперимента к клинической практике: тез. докл. VI молодежной научной
конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН. – Сыктывкар. –
2007. – С. 101-103.
3. Штаборов В.А. Соотношение местных и общих иммунных реакций при
воспалительных процессах / В.А. Штаборов, Е.А. Меньшикова,
В.П. Репина // Физиология человека и животных: от эксперимента к
клинической практике: тез. докл. VI молодежной научной конференции
Института физиологии Коми НЦ УрО РАН. – Сыктывкар. – 2007. – С. 137138.
4. Ставинская О.А. Роль серотонина в регуляции иммунологической
реактивности человека / О.А. Ставинская, В.П. Репина, В.А. Штаборов //
Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической
практике: тез. докл. VI молодежной научной конференции Института
физиологии Коми НЦ УрО РАН. – Сыктывкар. – 2007. – С. 119-120.
5. Штаборов В.А. Местные иммунные реакции при воспалении /
В.А. Штаборов, В.П. Репина, О.А. Ставинская // Фундаментальная и
клиническая медицина: десятая Всероссийская медико-биологическая
конференция молодых исследователей «Человек и его здоровье». – С.Петербург. – 2007. – С. 527-528.
6. Репина В.П. Влияние катехоламинов на иммунный статус практически
здоровых людей / В.П. Репина, О.А. Ставинская, Е.А. Меньшикова //
Фундаментальная и клиническая медицина: десятая Всероссийская медикобиологическая конференция молодых исследователей «Человек и его
здоровье». – С.-Петербург. – 2007. – С. 374-375.
16
7. Ставинская О.А. Влияние гистамина и серотонина на иммунологическую
реактивность / О.А. Ставинская, Л.К. Добродеева, В.П. Репина,
В.А. Штаборов // Медицинская иммунология. – 2007. – том 9. – № 2-3. – С.
314.
8. Репина В.П. Влияние различных концентраций адреналина на иммунные
показатели / В.П. Репина, О.А. Ставинская, Е.А. Меньшикова,
Л.К. Добродеева // Медицинская иммунология. – 2007. – том 9. – № 2-3. –
С. 309-310.
9. Repina V. Participation of catecholamine in regulation of immune status /
V. Repina, L. Dobrodeeva, A. Levanyuk, A. Mozer // World immune regulation
meeting. – Davos, Switzerland. – 2007. – Р. 229.
10. Репина В.П. Роль катехоламинов в регуляции иммунного гомеостаза /
В.П. Репина, О.А. Ставинская, В.А. Штаборов, Л.К. Добродеева //
Экология-2007: материалы докладов международной молодежной
конференции. – Архангельск. – 2007. – С. 319-320.
11. Ставинская О.А. Влияние вазомоторных аминов на активность
иммунокомпетентных клеток крови / О.А. Ставинская, В.П. Репина,
В.А. Штаборов, Л.К. Добродеева / Экология-2007: материалы докладов
международной молодежной конференции. – Архангельск. – 2007. – С. 323325.
12. Репина В.П. Влияние адреналина и норадреналина на регуляцию
иммунного гомеостаза / В.П. Репина, О.А. Ставинская, В.А. Штаборов,
Л.К. Добродеева // Актуальные вопросы охраны здоровья населения
регионов Сибири: материалы научно-практической конференции молодых
ученых. – Красноярск. – 2007. – С. 117-118.
13. Ставинская О.А. Участие серотонина в поддержании иммунного
гомеостаза / О.А. Ставинская, Л.К. Добродеева, В.П. Репина // Актуальные
вопросы охраны здоровья населения регионов Сибири: материалы научнопрактической конференции молодых ученых. – Красноярск. – 2007. – С.
330-332.
14. Repina V.P. Regulation activity of immunocompetentive cells of catecholamine
/ V.P. Repina, L.K. Dobrodeeva, O.A. Stavinskaya, E.A. Menshikova //
Interaction of neuro and immune systems in normal and pathology. – С.-Пб. –
LBI. – 2007. – С. 74.
15. Stavinskaya O.A. The correlation of levels of the immune induces and
maintenance of histamine in blood / O.A. Stavinskaya, L.K. Dobrodeeva,
V.P. Repina, A.G. Kalinin // Interaction of neuro and immune systems in
normal and pathology. – С.-Пб. – LBI. – 2007. – С. 86.
16. Репина В.П. Иммуномодулирующие эффекты катехоламинов /
Иммунология Урала. – г. Ижевск. – 2007. – №1. – С. 26-27.
17. Репина В.П. Влияние катехоламинов на уровень иммунной реактивности //
В.П. Репина, О.А. Ставинская, В.А. Штаборов // Российский
аллергологический журнал. Приложение 1. – Москва. – 2007. - №3. – С.
355.
18. Ставинская О.А. Соотношение иммунных показателей и вазомоторных
аминов у практически здоровых мужчин северян / О.А. Ставинская,
17
В.П. Репина, Е.В. Сергеева // Российский аллергологический журнал.
Приложение 1. – Москва. – 2007. – №3. – С. 363.
19. Штаборов В.А. Соотношение содержания ЦИК и функциональной
активности иммунокомпетентных клеток / В.А. Штаборов, В.П. Репина,
О.А. Ставинская, Е.А. Меньшикова, Л.К. Добродеева // Российский
аллергологический журнал. Приложение 1. – Москва. – 2007. - №3. – С.
366.
20. Репина В.П. Влияние различных концентраций катехоламинов на
функционирование иммунокомпетентных клеток // Экология человека.
– Архангельск. – 2008. - №2. – С. 30-33.
21. Репина В.П. Влияние катехоламинов на уровень иммуноглобулинов и
цитокинов в крови // Российский аллергологический журнал. – Москва.
– 2008. - №1. – С. 242-243.
22. Dobrodeeva L. Relations between biological amines and immune
characteristics / L. Dobrodeeva, E. Sergeeva, V. Repina, O. Stavinskaya, G.
Lyutfalieva // World immune regulation meeting. – Davos, Switzerland. – 2008.
– Р. 100.
18
______________________________________________________________________
Подписано в печать 07.04.2008. Бумага писчая. Формат 60 × 84/16.
Тираж 100 экз. Объем 1,0 п.л. Заказ №
______________________________________________________________________
Издательский центр ПГУ
163002, Архангельск, пр. Ломоносова, 6
E-mail: [email protected]
19