УДК 616-057:612.017.1
ОСОБЕННОСТИ ИММУННОЙ РЕАКТИВНОСТИ ОРГАНИЗМА
В ДИНАМИКЕ РАЗВИТИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО АНТРАКОСИЛИКОЗА
, ,
Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены
и профессиональных заболеваний, Новокузнецк
Резюме. В эксперименте выявлены особенности иммунной реактивности организма в условиях длительного угольно-породного воздействия. Вдыхание угольно-породной пыли привело на ранних сроках (3 недели) к запуску гуморального звена иммунитета и развитию острофазового воспаления на фоне баланса между субпопуляциями Т-лимфоцитов, обеспечивающего полноценное развитие иммунного ответа. Шестинедельное воздействие угольно-породной пыли характеризовалось нарушением в системе иммунорегуляции, сдвигом в сторону Th1 и усугублением воспалительного процесса с риском развития антракосиликоза. На 12-й неделе экспериментального антракосиликоза отмечалась иммунная недостаточность, преобладание Th1, хронизация воспаления с выраженным проявлением антракосиликоза.
Ключевые слова: иммунная реактивность, цитокины, иммуноглобулины, антракосиликоз.
PECULIARITIES OF IMMUNE REACTIVITY IN THE DYNAMICS
OF DEVELOPMENT OF EXPERIMENTAL ANTHRACOSILICOSIS
Kazitskaya A. S., Mikhailova N. N., Gorokhova L. G.
Research Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational Diseases, Novokuznetsk
Summary. In the experiment, the peculiarities of the immune reactivity in the conditions of long-term exposure to coal-rock dust were revealed. At the early stages (three weeks), inhalation of coal-rock dust led to the start of humoral immunity and the development of acute-phase inflammation in the background of the balance between the subpopulations of T-lymphocytes which provide the full development of the immune response. Six-week exposure to coal-rock dust was characterized by disturbance in the immune regulation, by the shift towards Th1 and aggravation of inflammatory process with the risk of anthracosilicosis. On the 12th week of the experimental anthracosilicosis immune deficiency, Th1 predominance, inflammation chronicity with a marked manifestation of anthracosilicosis were observed.
Key words: immune reactivity, cytokines, immunoglobulins, anthracosilicosis.
Угольная промышленность является одной из ведущих отраслей Кемеровской области, на долю которой приходится более 30% промышленного производства региона. Сложные условия труда характеризуются воздействием на организм рабочих целого комплекса неблагоприятных производственных факторов (запыленности, шума, вибрации), определяющих высокий риск развития профессиональных заболеваний [3, 7].
В структуре профессиональных заболеваний работников угольной промышленности наиболее распространены пылевые болезни органов дыхания, среди которых существенное место занимает антракосиликоз, характеризующийся не только значительным распространением, но и прогрессирующим необратимым течением [2, 9].
На воздействие неблагоприятных факторов производственной среды одной из первых реагирует иммунная система, являющаяся важнейшей составляющей в комплексе компенсаторно-приспособительных механизмов, обусловливающих адаптацию организма в целом [1, 5, 8].
Проблема определения естественной иммунореактивности организма на агрессивное действие ксенобиотиков имеет ключевое значение в диагностике патологических состояний и их своевременной профилактике, что является приоритетным направлением современной медицины труда и профпатологии. В этой связи целью работы явилось изучение особенностей иммунного ответа в динамике развития экспериментального антракосиликоза (ЭАС).
Материалы и методы исследования. Эксперименты проведены на белых лабораторных крысах-самцах, массой 250 г, разделенных на 2 группы: 1 – контрольная; 2 – крысы, вдыхавшие угольно-породную пыль (УПП) средней концентрации 50 мг/м3 в пылевой камере по 4 часа ежедневно в течение 12 недель. Забор крови производили через 1, 3, 6 и 12 недель эксперимента. Эти периоды ассоциированы со стажированностью рабочих во вредных условиях производственной среды [4]. Для изучения иммунного статуса в сыворотке крови крыс определяли уровень цитокинов (TNF-б, IFN-г, IL-1в, 2, 4, 6, 10), иммуноглобулинов (Іg А, M, G), глюкокортикоидов (ГК), белков острой фазы воспаления (БОФВ): церулоплазмина (Ср) и гаптоглобина (Нр), активность васскулоэндотелиального фактора роста – VEGF, металлопротеиназ – ММР-3 и ММР-9.
Статистический анализ полученных результатов для сравнения несвязанных групп при нормальном распределении признаков проводили на основе вычисления средних значений показателей (М) и их ошибок (±m). Различия показателей оценивали по t-критерию Стьюдента и считали достоверными при р≤0,05; 0,01; 0,001; при ненормальном распределении использовали непараметрический Mann-Whitney U-Test.
Результаты. К центральным регуляторам гомеостаза относится цитокиновая система, обладающая широким спектром биологических эффектов. Цитокины вовлечены во все звенья иммунитета, включая дифференцировку предшественников клеток иммунной системы, представление антигена, экспрессию молекул адгезии и острофазового ответа. Кроме того, цитокины участвуют в активации Т-лимфоцитов с их дальнейшей дифференцировкой в направлении Th1/Th2, определяющей преобладание одного из типов иммунного ответа [6].
Начальные сроки угольно-породного воздействия (1 неделя) характеризовались достоверным снижением концентрации провоспалительного цитокина IL-6 на фоне двукратного повышения уровня противовоспалительного IL-4, являющегося ведущей молекулой межклеточных взаимодействий. Уровень остальных исследуемых цитокинов находился в физиологических пределах (табл.).
Таблица
Изменение концентрации сывороточных цитокинов в динамике ЭАС (М±m)
Показатель | Группа животных | 1 неделя | 3 недели | 6 недель | 12 недель |
IL-1в, пг/мл | опыт контроль | 5,1±1,1 6,1±1,45 | 2,4±0,6** 7,0±0,9 | 3,9±0,7* 6,9±0,92 | - |
IL-4, пг/мл | опыт контроль | 4,4±1,6* 2,0±0,4 | 4,4±0,8* 2,4±0,2 | 2,84±0,3 2,2±0,2 | 2,8±0,63 2,2±0,1 |
IL-6, пг/мл | опыт контроль | 2,97±0,58* 5,6±0,75 | 2,57±0,67* 5,2±0,23 | 6,1±0,5* 5,2±0,23 | 9,2±1,0** 4,2±1,2 |
IL-10, пг/мл | опыт контроль | 2,4±0,32 2,6±0,47 | 2,7±0,47 2,2±0,42 | 1,2±0,15* 2,2±0,42 | 2,3±0,4 2,3±0,6 |
IL-2, пг/мл | опыт контроль | 17,5±8,3 23,7±7,2 | 20,5±4,7 23,1±9,0 | 49,5±5,6** 20,6±9,1 | 35,3±4,2* 22,9±6,4 |
IFN-г, пг/мл | опыт контроль | 20,4±6,7 23,8±8,5 | 39,8±14,1* 19,6±5,17 | 23,4±1,1 17,8±5,7 | 29,2±4,6* 20,3±5,24 |
VEGF, пг/мл | опыт контроль | 28,8±6,4* 16,7±1,23 | 20,8±1,8 17,1±1,37 | 13,9±0,7* 20,4±2,7 | 26,0±5,4 19,1±1,2 |
Примечания: * – р≤0,05; ** – р≤0,01 – достоверные различия данных по сравнению с соответствующим показателем в контрольной группе животных.
На этом фоне отмечалось снижение соотношения IL-2/IL-4 в 3 раза по сравнению с контролем, свидетельствуя об активации Th2-лимфоцитов, опосредующих в дальнейшем активацию гуморального иммунного ответа, что подтвердилось к 3-й неделе эксперимента повышением уровня исследуемых иммуноглобулинов. Наибольшее увеличение было отмечено со стороны IgA, выступающего в качестве первой линии защиты на слизистых поверхностях (рис. 1).
Примечания: * – при р≤0,05; ** – при р≤0,01 – достоверные различия данных по сравнению с контрольной группой животных.
Рис. 1. Изменение уровня иммуноглобулинов в сыворотке крови крыс в динамике ЭАС
Активация гуморального иммунного ответа происходила на фоне развертывания острофазового воспаления, о чем свидетельствовало увеличение концентрации БОФВ в сыворотке крови (Нр и Ср), играющих важную роль в неспецифической защите организма и репарации тканей (рис. 2).
Примечания: * – при р≤0,05 – достоверные различия данных по сравнению с контрольной группой животных.
Рис. 2. Динамика концентрации БОФВ в крови крыс в условиях
угольно-породного воздействия
Повышение Ср указывало на активацию процессов свободнорадикального окисления и наличие у экспериментальных животных состояния окислительного стресса, что подтверждалось увеличением концентрации стрессиндуцированного белка – VEGF, активирующегося при гипоксии. Способность VEGF индуцировать в эндотелиальных клетках продукцию ММР приводит к достоверному увеличению их уровня на данном сроке (MMP-3: ЭАС – 54,1±12,0* пг/мл, контроль – 36,8±2,7 пг/мл; MMP-9: ЭАС – 10,0±2,1** пг/мл, контроль – 5,6±1,0 пг/мл). ММР участвуют в ремоделировании внеклеточного матрикса, разрушая его компоненты (коллаген, эластин), а также влияют на начальные этапы ангиогенеза, облегчая миграцию эндотелиальных клеток.
Способность металлопротеиназ подавлять синтез провоспалительных цитокинов привела к снижению концентрации IL-6 и IL-1в. На этом фоне наблюдалось двукратное повышение уровней IFN-г и его антагониста по функциональным свойствам – IL-4 (табл.). Помимо цитокинов, регулирующее влияние на иммунный ответ оказывают продукты секреции клеток эндокринной системы, в частности глюкокортикоиды, обладающие выраженной противовоспалительной активностью, способностью ингибировать продукцию интерлейкинов и подавлять пролиферацию
Т-лимфоцитов [10]. На начальных сроках эксперимента было зарегистрировано максимальное значение ГК (в контроле – 13 пг/мл, в опыте – 30 пг/мл), обеспечивающее активацию метаболических процессов и запуск компенсаторных механизмов.
Увеличение сроков ингаляционного воздействия до 6 недель привело к нарушению в системе иммунорегуляции, сдвигу равновесия между Th1- и Th2-лимфоцитами и усугублению воспалительного процесса. Об этом свидетельствовало подавление продукции противовоспалительного цитокина IL-10 на фоне повышения синтеза медиаторов воспаления IL-2 и IL-6 (табл.), высокого содержания Нр (рис. 2) и увеличения уровня IgM при почти двукратном снижении концентрации сывороточного IgA (рис. 1). Полуторакратное снижение уровня VEGF в сыворотке крови крыс с ЭАС свидетельствовало о недостаточности функции эндотелия. Таким образом, 6-я неделя затравки явилась переходной между физиологическим и патологическим ответом организма на угольно-породное воздействие. К 12-й неделе эксперимента регистрировалась иммунная недостаточность: снижение уровня ІgA и ІgG в 1,5 раза (рис. 1); усиление секреции провоспалительных цитокинов: IL-6, IL-2 и INF-г (табл.); активация Th1 и хронизация воспалительного процесса. Кроме того, развитию иммунодефицитного состояния к концу эксперимента способствовало полуторакратное повышение уровня VEGF (табл.). Показано, что VEGF может оказывать ряд иммуносупрессорных эффектов и создавать основу для развития Т-клеточного иммунодефицита в организме.
Таким образом, определение иммунологических показателей в динамике воздействия УПП является информативным методом, отражающим адаптационные возможности организма и позволяющим спрогнозировать риск развития антракосиликоза.
Вдыхание УПП привело на ранних сроках к запуску гуморального звена иммунитета, к 3-й неделе наблюдалось развитие воспалительного процесса на фоне сохраняющегося баланса между субпопуляциями Т-лимфоцитов, обеспечивающего полноценное развитие иммунного ответа, который можно диагностировать по следующим маркёрам: достоверное повышение уровня Ig (А, М, G); БОФВ (Ср, Нр); ГК; IL-4, IFN-г; VEGF; MMP на фоне понижения уровня IL-1в, IL-6.
Шестинедельное воздействие УПП характеризовалось нарушением в системе иммунорегуляции, сдвигом в сторону Th1 и усугублением воспалительного процесса с риском развития антракосиликоза (иммунологические маркеры: достоверное увеличение концентрации IgМ, Нр, IL-2, IFN-г, IL-6 на фоне снижения концентрации IgА, IL-4, IL-10, VEGF). На 12-й неделе ЭАС отмечалась иммунная недостаточность, преобладание Th1, хронизация воспаления с выраженным проявлением антракосиликоза. Иммунодефицитное состояние характеризовалось достоверным повышением уровня VEGF и провоспалительных цитокинов (IL-2, IFN-г, IL-6) при значительном понижении уровня сывороточных ІgA, ІgG.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
, , Иммунопатогенез вибрационной болезни // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2006. № 3. С. 72-77. Патогенез и классификация пневмокониозов // Медицина труда и промышленная экология. 2003. № 7. С. 8-13. , Гигиеническая оценка условий труда и профессионального риска для здоровья работников угольной шахты // Успехи современного естествознания. 2013. № 11. С. 14-18. , , , , и др. Способ моделирования антракосиликоза / патент РФ на изобретение г. , , Иммунологические аспекты современных форм пневмокониозов // Медицина труда и промышленная экология. 2000. № 6. С. 1-6. Цитокины – новая система регуляции защитных реакций организма // Цитокины и воспаление. 2002. Т 1, № 1. С. 9-16. , , Медико-биологические исследования профессиональной патологии органов дыхания у шахтеров // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2007. № 25. С. 67-71. , , и др. Физиология иммунной системы и экология // Иммунология. 2001. № 3. С. 12-16. , , Клинико-эпидемиологические особенности и факторы риска профессиональной пылевой патологии легких // Медицина труда и промышленная экология. 2010. № 5. С. 23-27. Webster J., Tonelli L., Sternberg E. Neuroendocrine regulation of immunity // Annu. Rev. Immunol. 2002. Vol. 20. P. 125-163.