Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Соотношение содержания кортизола и иммуноглобулинов в периферической крови человека в экстремальных климатических условиях

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Типисова, Елена Васильевна, Архангельск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ КОМИ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ

На правах рукопйсй

ТИПИСОВА ЕЛЕНА ВАСИЛЬЕВНА

СООТНОШЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КОРТИЗОЛА И ИММУНОГЛОБУЛИНОВ В ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

03.00.13 - физиология человека и животных диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители - доктор медицинских наук, профессор Л.К. Добродеева; доктор медицинских наук; профессор, засл. деят. науки РФ, А.В,Ткачев.

Архангельск» 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение_5

Глава 1, Обзор литературы_11

1.1. Изменение функциональной активности гипофизарно-надпочеч-никовой системы и гуморального звена иммунитета у человека при трансширотных перемещениях_12

1.2. Влияние фотопериодики и сезона года на глюкокортикоидную активность коры надпочечников и гуморальный иммунитет_22

1.3. Взаимодействие гипофизарно - надпочечников ой и иммунной систем _;_26

Глава 2. Материалы и методы исследов ания_35

Глава 3. Результаты исследования

3.1.1. Соотношение содержания кортизола и иммуноглобулинов в периферической крови у рабочих архипелага Шпицберген (78°46'с.ш,) в динамике фотопериодики_41

3.1.2. Стаж работы мужчин на архипелаге Шпицберген и изменение содержания кортизола и показателей гуморального иммунитета в сыворотке крови_45

3.1.3. Корреляционная взаимосвязь между концентрациями кортизола и иммуноглобулинов в периферической крови у приезжих лиц Севера _51

3.1.4. Влияние фотопериодики на иммунно-гормональные соотношения в крови человека в зависимости от северного стажа_57

3.2.1. Динамика взаимосвязей содержания иммуноглобулинов классов ^М, ^А, циркулирующих иммунных комплексов и кортизола в периферической крови у моряков Северного Морского Пароходства_65

3.2.2. Соотношение концентраций кортизона, иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови моряков тралового флота в зависимости от длительности работы в тропиках_68

3.2.3. Влияние сезона года в тропиках, возраста рыбаков на иммунно-гормональные соотношения в крови_72

3.2.4. Динамика отклонений от физиологической нормы и корреляционная взаимосвязь содержания иммуноглобулинов, циркулирующих иммунных комплексов и кортизола в периферической крови моряков_74

Глава 4. Обсуждение результатов

4.1. Соотношение концентраций кортизола и гуморальных иммунных изменений в периферической крови человека в динамике фотопериодических воздействий в условиях Севера__81

4.2. Содержание кортизола и показателей гуморального иммунного ответа в сыворотке крови в зависимости от стажа пребывания людей в новых климато-географических условиях_87

4.3. Динамика концентраций кортизола и иммуноглобулинов в периферической крови моряков в различных экстремальных ситуациях_94

4.4. Анализ взаимосвязей содержания кортизола и иммуноглобулинов в сыворотке крови мужчин в условиях действия стрессовых факторов_97

Выводы_104

Список литературы Приложение_

106

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ:

1. О - сывороточные иммуноглобулины класса О

2.М - сывороточные иммуноглобулины класса М ЗЛ§ А - сывороточные иммуноглобулины класса А

4. Сох! - кортизол (в таблицах)

5. ЦИК - циркулирующие иммунные комплексы

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ: Большие контингента населения, такие как рабочие угольных шахт и моряки Северного флота, перемещаются в различные климато-географические регионы в связи со спецификой работы. Под влиянием неблагоприятных климатических нагрузок изменяются функции эндокринной и иммунной систем человека. Глюкокортикоидная активность коры надпочечников и гуморальное звено иммунитета обеспечивают гомеостаз организма при адаптации к экстремальным условиям внешней среды (Данишевский,1955; Селье, 1967; Вернет, 1971). Однако механизмы иммунно-гормонаяьного взаимодействия при влиянии естественных природных факторов не изучены.

Сведения о взаимосвязи глюкокортикоидной активности коры надпочечников и гуморального иммунного ответа при действии стрессовых факторов весьма разнородны (Munck et. al, 1984; Теппермен, 1989; Herbert, Cohen, 1993; Акмаев, 1997). Широко известны иммунодепрессивные свойства кортизола (Девойно, Ильюченок, 1983, 1993; Дейл, Формен, 1998 и др.). Существуют немногочисленные факты иммуностимулирующего влияния гормона коры надпочечников (Петрова, 1981; Лебедев, Понякина, 1990). Показано, что кортизол в физиологических концентрациях необходим для формирования индуктивной фазы антителообразования (Ambrose, 1970; Stavy, 1974; Campbell, Lennart, 1993). В последние годы появились сведения о стимулирующем действии на секрецию глюкокортикоидов гуморальных продуктов иммунного ответа (Foster, Wilson 1992, Кетлинский, 1996; Соколов, 1998). Однако, большая часть работ проведена в системе in vitro (Ambrose, 1970; Milenkovic et. al., 1989; Stavy, 1974), в опытах на животных (Amat et.al., 1993; Brown-Borg et.al., 1993; Smith et.al., 1982), в клинической практике (Егорова, 1972; Дейл, 1998; Соколов, 1998). Известно, что эффект влияния на организм веществ экзогенного и эндогенного происхождения существенно различается (Чеботарев, 1979). Следовательно, вы-

яснение механизмов регуляции содержания кортизола и иммуноглобулинов

1м ъ/ ч/

в периферической крови у людей в зависимости от условии работы, изменения климатических параметров, возраста и стажа работы в новых клима-то-географических регионах является необходимым для решения вопросов адаптации человека к неблагоприятным климатическим факторам.

Представляет интерес выяснение механизмов опосредованного влияния кортизола на содержание, циркуляцию и рециркуляцию сывороточных иммуноглобулинов с позиции выявления механизмов регуляции антитело-образования, процессов персистенции и диссоциации иммунных комплексов, содержания аутоантител и антителозависимых повреждений в организме человека при действии экстремальных климатических факторов. Напряжение иммунных механизмов регуляции гомеостаза у людей на севере (Добродеева, 1995; Добродеева, Суслонова, 1988 и др.) предполагает снижение резервных возможностей организма. В связи с этим, выяснение частоты распространения дефицита иммуноглобулинов, предельно высоких концентраций циркулирующих иммунных комплексов в периферической крови у мужчин, работающих в экстремальных климатических условиях, зависимости указанных состояний от гормональной регуляции, фотопериодики, смены климатических параметров имеет практическое и теоретическое значение.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ: Целью настоящего исследования является изучение взаимоотношений между содержанием кортизола, иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови у человека в экстремально-дискомфортных условиях. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Установить влияние климато-географических условий Заполярья (сезон года, фотопериодика) на содержание кортизола и параметров гуморального иммунитета в сыворотке крови людей.

2. Определить соотношение содержания кортизола, иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов в периферической крови жи-

телей Заполярья в зависимости от срока проживания в экстремальных условиях.

3. Изучить содержание кортизола, иммуноглобулинов, а также циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови у мужчин плавсостава в зависимости от возраста, стажа работы в пароходстве, характера и продолжительности рейса.

4. Провести анализ корреляционных взаимосвязей между содержанием кортизола, иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА: Впервые установлены однонаправленные изменения содержания кортизола и иммуноглобулинов в сыворотке крови у людей в условиях влияния экстремальных климатических факторов.

Впервые выявлены параллельные изменения содержания кортизола и иммуноглобулинов в периферической крови человека с повышением их концентраций в период увеличения длительности светового дня и снижением в периоды уменьшения длительности светового дня и во время полярной ночи.

Впервые показано, что у мужчин с нарастанием продолжительности светового дня увеличивается частота выявления в сыворотке крови концентраций кортизола, иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов, превышающих границы физиологической нормы.

Получены новые данные о сочетанном повышении концентраций кортизола и циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови до уровней, выходящих за границы физиологической нормы, в различные экстремальные периоды (увеличение длительности светового дня, зима в тропиках), а также при увеличении возраста и срока проживания (более двух лет) у мужчин, работающих в неблагоприятных климатических условиях.

Впервые получены сведения о влиянии кортизола на процессы диссоциации иммунных комплексов: при снижении содержания иммуноглобули-

нов класса 1§М сохраняются высокие уровни циркулирующих иммунных комплексов с 1яМ и кортизола в периферической крови.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ: Выявлены этапы развития иммунно-гормональной регуляции при адаптации человека к экстремальным климатическим условиям: в начальный период адаптации - взаимная инициация иммунного ответа и глюкокортикоидной активности; при длительном воздействии экстремальных климатических факторов - имму-нодепрессивное влияние кортизола. Контроль за концентрацией кортизола в периферической крови у приезжих мужчин в условиях действия неблагоприятных климатических факторов можно рекомендовать членам медицинских комиссий для оценки динамики состояния здоровья обследуемых лиц.

Превышающие границы физиологической нормы концентрации циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови, предлагается использовать для оценки стадии развития диз адаптационных реакций у человека при работах, сопряженных с экстремальными климатическими условиями.

Появление высоких концентраций иммуноглобулинов, циркулирующих иммунных комплексов и кортизола в периферической крови у мужчин в период нарастания длительности светового дня обусловливает необходимость разработки особой диеты и лечебно-профилактических мероприятий, обеспечивающих диссоциацию циркулирующих иммунных комплексов, стимуляцию фагоцитоза и снижение психо-эмоционального напряжения.

Уравнения линейной регрессионной зависимости, позволяющие вычислять значение содержания в периферической крови человека иммуноглобулинов классов 1§М, 1§А, 1§0, циркулирующих иммунных комплексов и кортизола по одному из известных параметров, помогут в проведении экстренной лабораторной диагностики, позволяющей экономить реактивы и время для проведения эксперимента и иммунологического мониторинга.

Результаты исследований используются на медицинском факультете

Петрозаводского государственного университета при чтении лекций по курсу "Физиология адаптации" (протокол N3 от 24.11.98.).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Повышение содержания иммуноглобулинов и кортизола в сыворотке крови наблюдаются у людей при работе в экстремальных климатических условиях: в заполярном регионе, при увеличении длительности светового дня, весной и в полярный день, а также с увеличением возраста, что свидетельствует о взаимной активизации глюкокортикоидной деятельности коры надпочечников и гуморального звена иммунитета.

2. Снижение иммунно-гормональной реактивности, проявляющееся параллельным уменьшением концентраций кортизола и иммуноглобулинов в сыворотке крови, наблюдается у мужчин при морских рейсах в тропический регион, в периоды снижения длительности светового дня, осенью и в полярную ночь.

3. Разнонаправленные изменения содержания кортизола и иммуноглобулинов в сыворотке крови возникают у человека при длительном воздействии экстремальных факторов, что демонстрирует иммунодепрес-сивное влияние глюкокортикоидного гормона коры надпочечников.

4. Повышенные концентрации кортизола сочетаются с формированием аномальных уровней циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови у мужчин, работающих при действии экстремальных климатических факторов (увеличение длительности светового дня в Заполярье, зимний период в тропиках), а также с увеличением возраста и стажа, что является признаком риска развития аутоиммунных процессов в организме.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации доложены и обсуждены на заседаниях Архангельского отделения Общества микробиологов, вирусологов и иммунологов (1995); Архангельского отделения Общества Иммунологов (1996); Конференции по холодовому травматизму в г. Кируне (Швеция, 1996); в Иммунологическом департаменте Университета г.

Тромсе (Норвегия, 1997); 3 Съезде физиологов Сибири и дальнего Востока, г. Новосибирск (1997); 13 Коми Республиканской Молодежной Научной Конференции, г. Сыктывкар (1997); конференции "Экология европейского Севера - факторы малой интенсивности", г. Архангельск (1997); конференции молодых ученых "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины", г. Москва (1998); 2 Национальном Конгрессе Российской Ассоциации Клинических Иммунологов и Аллергологов (РААКИ) "Современные проблемы аллергологии, клинической иммунологии и имму-нофармакологии", г. Москва, 1998; Международной научно-практической конференции "Современные проблемы и развитие физической культуры и спорта", г. Архангельск (1998).

По теме диссертации опубликовано тринадцать печатных работ.

Диссертационная работа выполнена в отделе экологической физиологии человека Института Физиологии Коми НЦ УрО РАН под руководством профессора, доктора медицинских наук Добродеевой Лилии Константиновны и профессора, доктора медицинских наук, заслуженного деятеля науки РФ Ткачева Анатолия Владимировича. Автор выражает искреннюю признательность сотрудникам отдела экологической физиологии человека: Вылегжаниной A.B., Золкиной А.Н., к.м.н. Лупачеву В.В. за оказанную помощь в сборе материала и Порядину В.Б. за создание программы статистической обработки данных.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Среди факторов, обусловливающих колебания эндокринных и иммунологических показателей, можно выделить биологические ритмы и разнообразные нагрузочные факторы. Нагрузочные факторы можно разделить на физиологические (естественные для человека) и нефизиологические (вредные, неестественные), кратковременные и длительно действующие, слабые и сильные. Воздействие климато-географических условий можно отнести к физиологическим нагрузкам. Решающее значение для человека имеют количественная характеристика нагрузочных факторов - сила и длительность воздействия. Слишком сильная и длительного воздействия нагрузка может стать нефизиологической для организма. Сильные физические и психоэмоциональные нагрузки могут приводить к стрессу (Лебедев, Понякина, 1990).

В условиях Крайнего Севера организм человека постоянно взаимодействует с комплексом эколого-специфических стрессирующих факторов, который формируется из климато-географических особенностей региона и характерной социально-производственной структуры северных территорий (Маянский, 1979). Экстремальность влияния климата Севера на организм человека определяется, в основном, необычайно длительной и суровой зимой, коротким и холодным летом, выраженной неустойчивостью и изменчивостью погоды, резкой контрастностью длительности светового дня в течение года, снижением в целом естественной освещенности и длительности солнечного сияния, а также, повышенной геомагнитной активностью, бедностью флоры и фауны (Авцын, 1972, Кондрор, 1968; Ткачев A.B. с соавт.). Стресс оказывает определенное влияние на иммунную и эндокринную системы, изменяя их (Ader, 1993; Brown-Borg, 1993).

1.1. ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ГИПОФИ-ЗАРНО-НАДПОЧЕЧНИКОВОЙ СИСТЕМЫ И ГУМОРАЛЬНОГО ЗВЕНА ИММУНИТЕТА У ЧЕЛОВЕКА ПРИ ТРАНСШИРОТНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯХ

В ответ на изменившиеся условия жизни и экологическую обстановку у человека возникает перестройка стрессорного типа, длительность которой варьирует от нескольких недель до нескольких месяцев. Степень ее выраженности зависит от психо-эмоциональной устойчивости и конституционных свойств индивидуума. В этом периоде наблюдаются существенные сдвиги в показателях естественной резистентности (Казначеев, 1973). Реакция напряжения - Stress проявляется общим адаптационным синдромом (Селье, 1960), который осуществляется, главным образом, через переднюю долю гипофиза и кору надпочечников. По первоначальным представлениям стресс в своем развитии проходит три стадии: 1) тревоги; 2) резистентности; 3) истощения. Первая стадия, по Г. Селье, состоит из двух фаз: шока и про-тивошока. Фаза шока характеризуется гипотонией, сгущением крови, нарушением жизненно важных функций организма. В фазе противотока происходит ответное усиление секреции АКТГ и глюкокортикоидов. В крови уменьшается количество лимфоцитов и эозинофилов, увеличивае