Введение к работе
Система крови, являясь одной из ключевых гомеостатических структур организма, быстро реагирует на действие экстремальных факторов, выполняет большую роль в процессе развития краткосрочной и долговременной адаптации при изменении условий окружающей среды (Б.Г. Юшков, В.А. Черешнев и др., 2004, 2006; Е.Д. Гольдберг и др., 2005; A.M. Дыгай и др., 2005; В.П. Шахов и др., 2008; А.П. Ястребов и др., 2009). Различные стрессорные воздействия вызывают изменения в периферических отделах системы крови, которые обусловлены предшествующими преобразованиями в центральном звене - костном мозге (Ю.М. Захаров, А.Г. Рассохин, 2002; В.И. Павлова, В.П. Шахов, 2009). Костный мозг вместе с другими органами и системами организма реагирует на воздействие стресса, в том числе эмоционально-болевого, и обеспечивает устойчивость организма человека и животных к гипоксии, инфекции, травме и т.д. Ответ каждого типа клеток кроветворной ткани на любые раздражители характеризуется скоординированным увеличением продукции и функциональной активности клеток разных линий, играющих важную роль в процессе развития адаптационной перестройки костномозгового кроветворения. При действии на организм экстремальных факторов изучаются механизмы адаптации кроветворной ткани, учитывающие взаимодействие центральной нервной системы, гормональной, макрофагальной, Т-клеточной, эритропоэтической (В.П. Шахов, A.M. Дыгай и др., 2005).
Компенсаторные процессы являются частной разновидностью адаптационных реакций, выражающихся в возмещении нарушенных функций организма за счет деятельности неповрежденных систем, реализуемых на различных уровнях организации организма. Компенсаторно-приспособительные реакции системы гемопоэза изучены при хроническом радиационном воздействии (Д.З. Шибкова, А.В. Аклеев, 2006; Н.В. Ефимова, 2007), на моделях гипокинетического (Я.В. Латюшин, В.И. Павлова, 2010), иммобилизационного (В.Э. Цейликман, 1998; М.В. Улитко, 2008), холодового (Ю.И. Баженов, Л.Н. Катаева, О.В. Пиксендеева, 1997) стрессов. Степень развития стресс-реакции во многом определяется видом стрессорного воздействия. Кратковременное острое стрессирование, в частности, эмоционально-болевой стресс, приводит к экстренному повышению адаптивных способностей организма в целом и системы эритрон в частности. Но многие аспекты молекулярно-клеточных механизмов формирования адаптационно-компенсаторных реакций в организме животных при воздействии эмоционально-болевого стресса остаются в настоящее время неизученными.
Эритроидные клетки способны экспрессировать и продуцировать ряд гемо- и иммунорегуляторных цитокинов, с помощью которых они могут участвовать в регуляции гемо- и иммунопоэзов, а также оказывать регулирующее влияние на пролиферацию и дифференцировку эритроидного ростка (СВ. Сенников и др., 2001; А.С. Симбирцев, 2005). Имеются противоречивые сведения об участии иммунорегулирующих цитокинов и их содержании в крови при стрессе. Есть сведения как о стимуляции, так и о подавлении их продукции в крови при стрессе (СИ. Шанин и соавт., 2000; Е.А. Korneva, E.G. Rybakina, 2002).
В связи с этим является актуальным изучение содержания цитокиновых регуляторов в организме, а также в центральном и периферическом отделах эритрона при действии эмоционально-болевого стресса. Кроме того, остаются открытыми вопросы профилактического действия эритропоэтина на восстановительные процессы в эритроидном ростке костного мозга у экспериментальных животных при эмоционально-болевом стрессе с целью минимизации и восстановления постстрессорных нарушений. Таким образом, установление особенностей адаптационно-компенсаторных реакций в системе эритрон при экспериментальном эмоционально-болевом стрессе и коррекционных воздействиях является актуальным.
Цель исследования: установить особенности адаптационно-компенсаторных реакций в системе эритрон при экспериментальном эмоционально-болевом стрессе и коррекционных воздействиях.
В рамках этой общей цели решались следующие задачи:
Оценить эффекты острого эмоционально-болевого стресса у экспериментальных животных по количественно-качественным параметрам системы эритрон и возможность их восстановления.
Определить молекулярно-клеточные механизмы формирования компенсаторно-адаптационных реакций в организме животных при воздействии эмоционально-болевого стресса и в восстановительном периоде.
Оценить профилактическое действие эритропоэтина при эмоционально-болевом стрессе у экспериментальных животных на восстановительные процессы в эритроидном ростке костного мозга.
Проанализировать профилактическое действие церулоплазмина на реакцию системы эритрон, «перекисное окисление липидов-антиоксидантная защита» и поведенческую активность у экспериментальных животных при эмоционально-болевом стрессе.
Научная новизна исследования
Установлен комплекс изменений в организме экспериментальных живот-
ных при 6-часовом эмоционально-болевом стрессе и в восстановительном периоде (1-5 суток). В фазу острого стресса в периферической крови и ткани костного мозга достоверно повышается содержание молекулярных продуктов ПОЛ, снижается активность антиоксидантных ферментов; в периферической крови наблюдается эритроцитоз и ретикулоцитоз, а также повышение содержания эритропоэти-на. В восстановительном периоде (1-2 суток после ЭБС) в периферической крови и ткани костного мозга наблюдается дальнейшее достоверное повышение содержания провоспалительных (ИЛ-ір, ИЛ-6) и противовоспалительных (ИЛ-4, ИЛ-10) цитокинов, молекулярных продуктов ПОЛ и достоверное снижение активности антиоксидантных ферментов; в периферической крови сохраняется ретикулоцитоз и эритроцитоз.
Впервые экспериментально установлено, что при эмоционально-болевом стрессе деструктивные изменения в организме могут компенсироваться профилактическим введением гуморального антиоксиданта церулоплазмина, результатом является достоверное повышение активности антиоксидантных ферментов (СОД, каталазы, глутатионредуктазы) и снижение интенсивности процессов липопероксидации в крови и костном мозге до уровня контрольных значений.
Показано, что в результате действия острого ЭБС наблюдается перераспределение эритробластических островков (ЭО) разных классов зрелости на фоне снижения содержания эритропоэтина в костном мозге, числа эритробластических островков пролиферирующих классов, миелокариоцитов. При ЭБС наблюдается нарушение реконструкции эритропоэза: снижение числа ЭО 1-2 классов, ЭО реконструирующихся на фоне увеличения количества ЭО 3 класса зрелости и ЭО инволюцирующих. В восстановительном периоде наблюдается увеличение количества ЭО пролиферирующих классов, что является адаптационно-компенсаторной реакцией на стресс, выражающейся стимуляцией эритропоэза; наблюдается процесс реконструкции эритропоэза.
Впервые экспериментально установлено, что содержание ЭО пролиферирующих классов при действии ЭБС достоверно повышалось при профилактическом введении в организм животных препаратов церулоплазмина и эритропоэтина.
Установленное повышение уровня провоспалительного цитокина ИЛ-ір как в остром, так и в восстановительном периодах, противовоспалительных цитокинов ИЛ-4 и ИЛ-10 в восстановительном периоде после эмоционально-болевого стресса подтверждает роль цитокиновых регуляторов в активации адаптационно-компенсаторных реакций в целостном организме.
Теоретическая и практическая значимость работы
Результаты экспериментального исследования существенно углубляют и
расширяют современные представления по физиологии системы крови об адаптационно-компенсаторных реакциях в системе эритрон при воздействии эмоционально-болевого стресса и в восстановительном периоде. Получены новые данные об изменении характера эритропоэза в ЭО костного мозга крыс при действии ЭБС, содержании про- и противовоспалительных цитокинов в крови и костном мозге, в том числе эритропоэтина, играющих роль в процессах адаптации системы эритрон к действию ЭБС. На модели эмоционально-болевого стресса экспериментально доказана эффективность применения препаратов эритропоэтина и церулоплазмина в качестве средств, стимулирующих эритропоэз. Существенное значение имеет факт установленного защитного действия ЦП в отношении свободнорадикальных процессов в костном мозге и стимуляции поведенческой активности животных, подвергшихся действию ЭБС.
Внедрение результатов исследования
Результаты исследования нашли отражение в монографиях Н.В. Мамылиной, В.И. Павловой «Состояние системы эритрон у животных при эмоционально-болевом стрессе и на фоне коррекционного воздействия»; Н.В. Мамылиной, СБ. Буцыка, Ю.Г. Камсковой «Психофизиологические особенности реакции организма человека на эмоциональное напряжение во время экзамена», В.В. Лазаренко, В.И. Павловой, Я.В. Латюшина, Н.В. Мамылиной, Ю.Г. Камсковой «Роль цитокинов в адаптационных процессах организма студентов к психоэмоциональному стрессу»; включены в лекционный материал по дисциплинам «Физиология», «Основы медицинских знаний и здорового образа жизни», «Нормальная физиология» в ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет», ГБОУ ВПО «Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого», ФГБОУ ВПО «Курганский государственный университет».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Эмоционально-болевой стресс влияет на содержание молекулярных
продуктов ПОЛ, активность ферментов антиоксидантной защиты, на характер
эритропоэза в костном мозге, что приводит к ускорению процессов созревания
эритроидных клеток, преобладанию зрелых форм ЭО над пролиферирующими.
В восстановительном периоде после стресса (1-5 суток) происходит смещение
баланса между пролиферативными процессами и созреванием в эритробласти-
ческих островках в сторону пролиферации эритроидных клеток.
2. Повышение уровня цитокиновых регуляторов в центральном и перифе
рическом отделах системы эритрон в остром и в восстановительном периодах
ЭБС способствует формированию адаптационных реакций в организме экспе
риментальных животных.
3. Профилактическое введение препаратов эритропоэтина и церулоплазмина в организм животных, подвергшихся действию ЭБС, эффективно снижает деструктивные и ускоряет пролиферативные процессы в центральном и периферическом отделах эритрона, вызывает дополнительное вовлечение макрофагов в эри-тропоэз, эритроидных прекурсоров в дифференцировку в ЭО. Введение церулоплазмина повышает активность антиоксидантных ферментов, снижает содержание молекулярных продуктов ПОЛ в крови и костном мозге, активизирует ориентировочно-исследовательскую активность животных.
Апробация работы
Основные материалы диссертационного исследования были представлены на научной конференции «Успехи современного естествознания» (Москва -Саратов, 2002 г.); Межвузовской научно- практической конференции «Психология здоровья» (Москва, 2-3 апреля 2003 г.); 1-ом съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005 г.); Междунар. научно- практической конференции (Челябинск - Ар-каим, 26-27 мая 2005 г.); научно - практической конференции ЧГПУ по дистанционному образованию (Челябинск, 2005 г.); ХХ-ом съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 2007 г.); Международных научно-практических конференциях «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2004, 2008, 2010 г.); IV-om съезде физиологов Урала (с международным участием) (Екатеринбург, 2009 г.); итоговых научных конференциях ГОУ ВПО «ЧГПУ» (2006- 2010 г.); научно-практической конференции «Физиологические механизмы адаптации человека» (Тюмень, 26 октября 2010 г.); научно-практической конференции «Вопросы современной медицины» (Новосибирск, 2011 г.).
Публикации по материалам диссертации
По теме диссертации опубликовано 37 работ, из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ - 15, три монографии.
Структура и объём диссертации
Диссертация изложена на 380 страницах печатного текста и включает: введение, литературный обзор (глава 1), описание материалов и методов исследования (глава 2), результаты собственных исследований (главы 3, 4, 5, 6), заключение, выводы, иллюстрирована 20 рисунками и 36 таблицами. Список литературы включает 569 источников, из них - 259 зарубежных источника и 310 -отечественных.
