Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 9
1.1. Физиологическая характеристика цитотоксических клеток и основных параметров иммунного гомеостаза 9
1.2. Физиологическая характеристика иммунологической реактивности у жителей Крайнего Севера 13
1.3. Особенности жизнедеятельности кочевых и местных (оседлых) жителей Крайнего Севера 21
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 27
ГЛАВА 3. Состояние иммунного статуса у оленеводов, чумработниц и местных (оседлых) жителей приполярья 31
ГЛАВА 4. Состояние иммунного статуса у оленеводов, чумработниц и местных (оседлых) жителей заполярья 62
ГЛАВА 5. Состояние иммунного статуса жителей европейского севера в зависимости от возраста 79
Заключение 98
Выводы 125
Список литературы
- Физиологическая характеристика цитотоксических клеток и основных параметров иммунного гомеостаза
- Физиологическая характеристика иммунологической реактивности у жителей Крайнего Севера
- Особенности жизнедеятельности кочевых и местных (оседлых) жителей Крайнего Севера
- Состояние иммунного статуса жителей европейского севера в зависимости от возраста
Физиологическая характеристика цитотоксических клеток и основных параметров иммунного гомеостаза
Реализация врожденного иммунитета обусловлена деятельностью многих типов клеток. Основную роль при этом играют клетки миелоидного происхождения, играющие роль классических эффекторов врожденного иммунитета. К миелоидным клеткам относят, в первую очередь, большинство лейкоцитов крови (все лейкоциты, кроме лимфоцитов). Все они развиваются в органах кроветворения, все проходят стадию циркуляции в составе лейкоцитов крови. Нейтрофилы и моноциты представляют основной компонент пула лейкоцитов крови. Все разновидности миелоидных клеток спонтанно мигрируют из крови в ткани, где быстро погибают (нейтрофилы) или длительно функционируют, проникая в качестве резидентных клеток практически во все органы и ткани, изменяя при этом под влияние микроокружения свои морфофункциональные особенности [15, 141, 158,].
Структурной единицей иммунной системы является лимфоцит. Лимфоциты экспрессируют ряд поверхностных и цитоплазматических антигенов, уникальных для своей субпопуляции и стадии развития. Физиологическая роль их может быть различной. Эти структуры являются мишенями при иммунофенотипировании лимфоцитов как антигенные маркры различных субпопуляций, присутствие которых определяют с помощью меченых моноклональных антител. Поверхностные антигенные структуры на клетках, выявляемые моноклональными антителами, назвали кластерами дифференциации (CD, clusters of differentiation). Кластерам дифференциации в целях стандартизации присвоены определнные номера. Используя флюорохром-меченые моноклональные антитела, связывающиеся с определнными CD, можно произвести подсчт содержания лимфоцитов, относящихся к различным по функции или стадии развития субпопуляциям. Это позволяет понять природу некоторых заболеваний, оценить состояние пациента, следить за течением и прогнозировать дальнейшее развитие заболевания. [86, 126, 135, 146, 226].
Клеточный иммунитет опосредован цитотоксическими Т-лимфоцитами и Т-хелперами. Многие микроорганизмы живут внутри клеток в недосягаемости для гуморальных антител. Чтобы справиться с внутриклеточными паразитами, возникла обособленная система приобретенного иммунитета, основанная на функционировании отдельной субпопуляции лимфоцитов, а именно, цитотоксических Т-лимфоцитов (Т-киллеров). Эти клетки отличаются очень широкой специфичностью. Поскольку Т-лимфоцитов должны взаимодействовать с содержащими паразитов клетками, они могут узнать антиген только в том случае, если он экспрессирован на поверхности инфицированной клетки. Как и В-лимфоциты, каждая Т-клетка имеет специфический рецептор, который распознает этот антиген. Большинство цитотоксических Т-клеток относится к субпопуляции CD8+ и распознает антиген, презентированный в ассоциации с молекулами МНС класса I, но меньшая их часть (примерно 10%),относящаяся к субпопуляции CD4+ способна распознавать антиген в ассоциации с молекулами МНС класса II [106, 119, 196].
Т-лимфоциты (CD3+) – клетки, основной функцией которых является распознавание антигенов, формирование и регуляция эффекторного иммунного ответа и иммунологической памяти. Т-лимфоциты осуществляют реакции клеточного иммунитета: гиперчувствительности замедленного типа, реакции отторжения трансплантата, клеточно-опосредованная цитотоксичность и другие. CD3+ принимает участие в распозновании антигена, ассоциированного с детерминантами главного комплекса гистосовместимости класса 2 на антиген представляющих клетках и способствует передаче сигнала активации в цитоплазму. Может быть использован для идентификации зрелых активированных Т-клеток [106, 119, 196]. СD4+ экспрессируют Т-клетки (хелперы/индукторы), составляющие 45% лимфоцитов периферической крови; в периферической крови до 5% клеток несут одновременно маркеры СD4+ и СD8+, слабая экспрессия молекулы СD4+ наблюдается на клетках макрофагально / моноцитарного ряда [75, 119, 121, 123, 161, 165, 174, 176, 182, 202, 223].
Среди зрелых В-клеток имеется отличающаяся по ряду свойств субпопуляция, клетки, которой характеризуются наличием специфического рецептора CD5+. СD5+ В-клетки возникают в течение эмбриогенеза и остаются во взрослом состоянии благодаря способности к самообновлению. В постнатальный период формирование данного типа клеток от стволовой кроветворной клетки не происходит, а их присутствие у взрослых особей является своеобразной формой «онтогенетического атавизма». Одним из определяющих свойств данных клеток является низкая специфичность их антигенраспознающих иммуноглобулиновых рецепторов и способность реагировать в основном с общими полисахаридными антигенами бактерий. Реакция на общие бактериальные антигены имеет значение в раннем периоде формирования иммунитета как один из способов срочной мобилизации антибактериальной защиты. При альтернативной стимуляции клеток под действием адгезивных взаимодействий СD5+ является лигандом СD72+ -антигена В-лимфоцитов. СD5+ выявляется на поверхности всех зрелых Т-клеток [106, 119, 123, 126, 135, 138, 142, 199].
СD8+ экспрессируется популяцией цитотоксических Т-клеток, составляющих 35 % лимфоцитов периферической крови. Умеренная и слабая экспрессия наблюдается на нормальных киллерах. При контакте с клеткой маркер выступает в роли рецептора неполиморфных детерминант глюкопротеинов главного комплекса гистосовместимости класса 1 и процессированного антигена [106, 119, 121, 123, 126, 162, 169, 171, 186, 200, 213, 220].
Физиологическая характеристика иммунологической реактивности у жителей Крайнего Севера
Таким образом, у местных (оседлых) жителей Приполярья, постоянно проживающих в северном регионе, лейкопении и лимфопении регистрируются в 21,31% и 14,75% у женщин и 15,38% и 15,41% у мужчин соответственно; p 0,05. Следует отметить, что лимфоцитозы встречались у мужчин в 3 раза чаще, чем у женщин (8,20% и 26,92%, соответственно; p 0,05).
Таким образом, повышенное содержание лейкоцитов, B-лимфоцитов с рецепторами к CD20+, а также клеток-активаторов B-лимфоцитов с рецепторами к антигенам гистосовместимости класса II (HLA-DR+) подтверждают активированное и даже напряженное состояние гуморального иммунитета. Известно, что количество B-лимфоцитов периферической крови достаточно стойкий показатель гомеостаза, мало изменяется при различных воздействиях, поэтому отклонение его величины от нормальной может служить одним из важных критериев состояния иммунной системы и иммунопатологии [92, 120, 121, 181, 186,].
Анализ показал: содержание лимфоцитов с рецепторами к СD3+ составляет в среднем 0,58±0,05109кл/л (соответственно 0,54±0,03 и 0,62±0,07109 кл/л). Среднее содержание всех Т-клеток (СD5+) -0,62±0,06109кл/л (соответственно, 0,58±0,04 и 0,65±0,07109 кл/л). У женщин концентрации всех Т-клеток (СD5+) и зрелых функционально активных (СD3+) существенно ниже, чем у мужчин (p 0,05-0,01). Среднее содержание клеток с рецепторами к СD5+ больше, чем содержание СD3+ (p 0,05-0,01). Учитывая, что не все Т-лимфоциты обладают сорбционной активностью [151], а так же учитывая соотношения концентраций указанных клеток у обследуемых лиц, следует признать, что резкое снижение уровня всех Т-лимфоцитов у 95,66% всех обследуемых, в том числе 100,0% женщин происходит за счет дефицита зрелых форм СD3+ (r=0,85; p 0,01).
Уровень содержания Т-лимфоцитов хелперов/индукторов СD4+ находится в пределах общепринятых физиологических норм, причем у женщин достоверно ниже, чем у мужчин (0,49±0,03 и 0,71±0,09109 кл/л соответственно, p 0,01). Среднее содержание супрессоров/киллеров СD8+ в 1,5 раза превышает установленные физиологические колебания у 61,92% обследуемых. Средний уровень хелперно/супрессорного коэффициента СD4+/СD8+ равен 1,02±0,07 без существенной разницы по полу. Крайне низкие значения хелперно/супрессорного коэффициента ( 2) являются следствием нарушения хелперно/супрессорного соотношения за счет повышенных концентраций Т-лимфоцитов (супрессоров/киллеров СD8+) в периферической крови.
Высокий уровень корреляционной взаимосвязи между указанными параметрами, а так же высокий удельный вес клеток СD8+ от всего дифференцированного пула СD3+ свидетельствует о выраженной супрессии обследуемых лиц трудоспособного возраста. Уровень содержания Т-клеток естественных киллеров СD16+ в среднем составляет 0,59±0,07109 кл/л (0,56±0,04 и 0,62±0,10109 кл/л соответственно). (Рис. 2.)
Содержание малодифференцированных клеток СD10+ в среднем 0,55±0,05109 кл/л, что достаточно велико, особенно у мужчин (0,52±0,04 и 0,57±0,06109 кл/л соответственно). Следует учесть, что у взрослых той же возрастной категории, родившихся и проживающих в гг. Архангельск, Северодвинск, Новодвинск и некоторых южных районах Архангельской области, среднее содержание указанных параметров (СD16+, СD10+) в 2 раза ниже, чем у местных жителей Приполярья 19-40 лет [12].
Концентрация Т-лимфоцитов взаимосвязанных с интерлейкин-2-активацией (СD25+), составляет 0,54±0,10109 кл/л с колебанием у женщин и мужчин соответственно 0,63±0,09 и 0,45±0,11109 кл/л, p 0,01. В подтверждение активации Т-клеточного иммунитета указывает тот факт, что уровень клеток с рецептором к интерлейкин-2 (СD25+) достоверно выше содержания Т-клеток, особенно у женщин (0,63±0,09 и 0,45±0,11109 кл/л соответственно), p 0,01.
Содержание клеток с рецептором к трансферрину (СD71+) в среднем составило 0,55±0,06109 кл/л без существенной разницы по полу. Известно, что Т-клетки с рецептором к трансферрину участвуют в метаболизме железа в процессе активации лимфоцитов [90, 119]. Кудриным А.В. установлено, что трансферин стимулирует не только лимфопролиферацию, но и дифференцировку Т-лимфоцитов [90]. В наших исследованиях указанная закономерность подтверждена коррелятивно: СD71+/СD3+ - r=0,79 (p 0,05), СD71+/СD4+ - r=0,75 (p 0,05), СD71+/СD5+ - r=0,77 (p 0,05), СD71+/СD8+ -r=0,72 (p 0,05), СD71+/СD10+ - r=0,77 (p 0,05), (табл. 15).
Средний уровень содержания Т-лимфоцитов с рецептором к апоптозу СD95+ составляет 0,56±0,06 (у женщин 0,53±0,03 и у мужчин 0,58±0,08109 кл/л, p 0,01).
Известно, что в многоуровневой иммунной системе человека апоптоз контролирует толерантность, иммунопатологические процессы (аутоиммунные, лимфопролиферативные) и другие [29, 129, 160, 173]. Кроме того, активные процессы апоптоза в иммунном ответе являются важным условием в связи с репопуляцией клеток [163]. В то же время избыточная стимуляция апоптоза приводит к подавлению иммунного ответа против инфицированных клеток [29, 164].
Активность апоптоза у иммунокомпетентных клеток у человека в неблагоприятных климатогеографических условиях Севера на данный момент не достаточно изучена. В связи с этим представляло интерес изучить и детализировать процессы апоптоза, уровень их участия в формировании вторичных экологически зависимых иммунодефицитов на Севере, что позволит оценить роль апоптоза, его взаимосвязь с клеточно-опосредованной цитотоксичностью в реакциях иммунного гомеостаза.
Так в наших исследованиях высокая концентрация клеток СD95+ зарегистрирована у 45,9% женщин, у мужчин – напротив, в 46,15% случаев регистрируется крайне низкий уровень апоптоза (меньше 0,45109 кл/л). Результаты корреляционного анализа показали наличие крайне жестких связей между уровнями содержания лимфоидных клеток (СD95+) и цитотоксическими лимфоидными популяциями СD8+ и СD16+, соответственно: r=0,72; r=0,82 (р 0,05), (табл. 15). Наличие большого числа сильных корреляций у обследуемых лиц между выше указанными фенотипами свидетельствует, на наш взгляд, о выраженной регуляторной роли процессов апоптоза в формировании адекватного иммунного ответа организма человека в условиях повышенной цитотоксичности.
Особенности жизнедеятельности кочевых и местных (оседлых) жителей Крайнего Севера
Одним из важнейших регионов, занимающим более 1 млн. кв. км или 8,1% от всей территории Российской Федерации является Европейский Север, значительную часть которого составляет Архангельская область с территорией 587,3 тыс. кв. км и характеризуется большой протяженностью ее с севера на юг, с запада на восток, а также хорошо развитой гидрографической сетью, определяющими разнообразие ее климата [89, 127]. Плотность населения в среднем 2,4 человека на 1 кв. км. В связи с усилением миграции населения становятся важными проблемы состояния здоровья и адаптации людей на Севере. Из пришлого населения на Севере 80% приехавших остаются на 3-4 года и из их числа лишь 20% остаются жить постоянно [89].
Архангельская область расположена в различных климатогеографических зонах: арктической, субарктической и умеренной. В связи с тем, что около 40% ее территории лежит за полярным кругом в зоне вечной мерзлоты и находится под влиянием влажных воздушных масс с Атлантики и холодного водного массива Белого моря и Арктики, этот регион характеризуется такими неблагоприятными климатогеографическими факторами, как низкие температуры воздуха, высокая влажность, большая подвижность воздушных масс, резкая сезонная фотопериодичность, значительные перепады барометрического давления, повышенная геомагнитная активность в сочетании друг с другом [46, 52, 64].
Одна из основных климатических характеристик территории Архангельской области – дефицит тепла. Период со средней температурой атмосферного воздуха 10 С и менее составляет более 200 дней в году, продолжительность периода со средней суточной температурой выше +15С – всего 15 – 35 дней. Диапазон месячной температуры зимой находиться в пределах от +3 С до - 30С. Влияние дискомфортной температуры на уровень заболеваемости известно: повышением количества респираторных заболеваний, обострением хронических воспалительных процессов, заболеванием опорно – двигательного аппарата и мочевыделительной системы. Низкие температуры и влажность способствуют развитию хронической патологии, осложнений. [15, 64].
Условия Приполярного региона характеризуется природной экстремальностью. Промышленность столицы Севера разнообразна. Одно из главных мест занимают отрасли, связанные с переработкой древесины и с морем, которые приводят к загрязнению окружающей среды, что усугубляет влияние неблагоприятных природно-климатических факторов на здоровье жителей [34].
Климатоэкологические условия приполярного региона характеризуются резким фотопериодизмом, наличием термальных стрессов, что вызывает резкую десинхронизацию биологических ритмов, а следовательно и развитие напряжения регуляторных гомеостатических систем. Известно, что в дискомфортных климатоэкологических условиях Севера состояние иммунной системы человека отличается низким содержанием в крови Т-лимфоцитов, IgA на фоне повышенных концентраций IgM, IgG, IgE, ЦИК. На Севере выше содержание в крови иммунокомпетентных клеток, экспрессирующих активационные рецепторы: СD25+, СD71+, а также цитотоксических Т- лимфоцитов, клеток СD95+ и TNF-альфа [16, 111, 148].
Проблема старения всегда была актуальной, не является она исключением и в наши дни. Физиологические функции организма с увеличением возраста линейно снижаются. Вначале ослабевает активность функции, а затем начинается старение клеток и тканей. Старение и программируемая гибель происходят среди всех типов клеток организма в течение жизни и необходимы в силу неодинаковой продолжительности жизни разных типов клеток [67]. Изучая иммунологическую реактивность пожилых людей,
проживающих на Севере, нельзя не учитывать влияние на организм человека неблагоприятных климатических параметров высоких широт. Наиболее известны дефицит тепла и освещенности, а также резкая смена фотопреиодичности и напряженный иономагнитный режим из-за близости магнитного полюса земли. Физико-географическая оценка дискомфортных условия характеризует состояние окружающей среды, оказывающей неблагоприятное воздействие на здоровье человека, на его проживание и трудовую деятельность [67].
Проведено исследование иммунологических параметров 180 человек, жителей Европейского Севера, в зависимости от возраста. Из них 78 человек в возрасте от 19 до 40 лет (47 женщин и 31 мужчина) и 102 человека в возрасте от 41 до 60 лет (73 женщины и 29 мужчин).
Состояние иммунного статуса жителей европейского севера в зависимости от возраста
Анализ уровня концентраций клеток хелперов/индукторов (CD4+) у обследуемой группы в возрасте 19-40 лет показал, что данный показатель находится в пределах общепринятых физиологических норм (0,51±0,05109 кл/л), существенно не различаясь по полу. Абсолютно низкие концентрации СD4+ выявлены в среднем в 46,99% случаев, достоверно чаще у мужчин (у женщин – 39,13%, у мужчин – 54,84%, p 0,001). Повышенные значения указанных клеток были зарегистрированы у 15,68% обследуемых респондентов, без значимой разницы по полу. Анализ уровня содержания клеток супрессоров/киллеров (цитотоксических клеток CD8+) показал, что данное значение у жителей возрастной группы 19-40 лет находится выше верхней границы физиологической нормы - 0,51±0,05109 кл/л, с небольшой достоверной разницей по полу (0,56±0,04 и 0,45±0,05109 кл/л, p 0,001, соответственно у женщин и мужчин). Пониженные уровни цитотоксических лимфоцитов CD8+ в среднем встречались лишь у 7,02% лиц, без разницы полу (4,35% и 9,68%, соответственно). Повышенные значения указанного параметра встречались в 57,33% случаев, чаще у женщин, чем у мужчин (соответственно 63,04% и 51,61%). Уровень содержания Т-клеток естественных киллеров (CD16+) в среднем составляет 0,51±0,04109 кл/л, что находится за верхними пределами физиологической нормы, причем у женщин достоверно выше, чем у мужчин (0,56±0,03 и 0,45±0,04109 кл/л, p 0,001). Наши исследования показали, что у возрастной группы 19-40 лет пониженное содержание клеток CD16+ было зафиксировано у 12,36% обследуемых, причем у женщин достоверно реже, чем у мужчин (2,13% и 22,58%, р 0,05, соответственно). Частота распространения высоких средних значений естественных киллеров (CD16+) отмечается в 43,79% случаев, с достоверной разницей по полу (у женщин – 55,32% и у мужчин – 32,26%, р 0,01).
У возрастной группы 41-60 лет среднее содержание Т-лимфоцитов хелперов/индукторов CD4+ находится ближе к нижним пределам общепринятых физиологических норм и составляет в среднем -0,52±0,04109 кл/л, причем у мужчин выше, чем у женщин (0,46±0,03 и 0,58±0,05109 кл/л, соответственно). Абсолютно низкие концентрации Т-хелперов (СD4+) выявлены в среднем в 39,63% случаев, без достоверных различий по полу (у женщин – 41,33%, у мужчин – 37,93%). Повышенные значения указанных клеток были зарегистрированы у 14,07% обследуемых респондентов, причем у мужчин в 6 раз чаще (соответственно, 4,00% и 24,14%; р 0,01). Средний уровень Т-супрессоров (цитотоксических клеток СD8+) у жителей Европейского Севера в возрасте 41-60 лет выше физиологической нормы и в среднем составляет 0,48±0,05109 кл/л, без существенной разницы по полу (0,46±0,04 и 0,50±0,05109 кл/л, соответственно). Пониженные концентрации Т-супрессоров (СD8+) были зафиксированы у 15,29% лиц, независимо от пола (13,33% и 17,24%, соответственно). Крайне высокие концентрации указанного параметра встречались в 59,04% случаев, с небольшой разницей между женщинами и мужчинами (56,00% и 62,07%, соответственно). Уровень содержания Т-клеток естественных киллеров (СD16+) находится за верхними пределами общепринятых физиологических норм, в среднем - 0,52±0,05109 кл/л, без существенных различий у женщин и мужчин (0,50±0,03 и 0,54±0,06109 кл/л, соответственно). В наших исследованиях у возрастной группы 41-60 лет пониженное содержание клеток CD16+ было зафиксировано у 12,59%, без выявленной разницы по полу (14,47% и 10,71%, соответственно). Частота распространения высоких средних значений естественных киллеров (CD16+) отмечается в 44,27% случаев (у женщин – 42,10% и у мужчин – 46,43%).
Сильные корреляционные взаимосвязи в возрастной группе 19-40 лет были выявлены между следующими иммунокомпетентными клетками: CD4+/ CD8+ (r=0,83), CD4+/ CD16+ (r=0,71), CD10+/ CD71+ (r=0,75). В возрастной группе 41-60 лет сильные корреляционные взаимосвязи были выявлены между цитотоксическими клетками CD4+/ CD8+ (r=0,77).
У практически здоровых людей на Севере Европейской территории РФ регистрируется повышенное содержание цитотоксических лимфоцитов CD16+, связанное с образом жизни и районом проживания (у 30-50% местных (оседлых) жителей и у 36-67% оленеводов и Заполярья; у 38-55% местных (оседлых) жителей и у 40-50% оленеводов и Приполярья, соответственно у женщин и мужчин).
Цитотоксические клетки CD8+, CD16+ ассоциируются с повышенным уровнем активированных Т и В клеток в 9-16% случаев у лиц Заполярья и в 5% случаев у лиц Приполярного района.
У 52% (53 % местных и 51% оленеводов) жителей Приполярья и у 41,5% (40% местных и 43% оленеводов) жителей Заполярья с крайне низкой фагоцитарной активностью (38-42%) регистрируются самые высокие концентрации клеток CD8+, CD16+, CD20+, HLA-DR+, CD71+ и CD95+, особенно весной. У лиц с высоким процентом активных фагоцитов ( 50) установлены самые низкие концентрации цитотоксических клеток (r=0,87; p 0,001).
У 90% обследуемых лиц не зависимо от возраста, выявлен дефицит зрелых функционально активных Т-клеток CD3+: у 87% оленеводов Приполярья и у 95% - Заполярья; у 78% местных жителей Приполярья и 95% - Заполярья, практически не зависимо от района проживания и образа жизни. Установлено, что у лиц до 40 лет выше уровни лимфопролиферации CD10+, особенно в Приполярье (24%); в 2 раза чаще встречается дефицит зрелых функционально активных Т-клеток (91%) и имеет высокий уровень корреляций (r=0,89).
Результаты, полученные в диссертационном исследовании и сравнение их с немногочисленными литературными данными, позволяют считать, что цитотоксические лимфоциты (CD8+, CD16+) определяют клеточно-опосредованную цитотоксическую активность в реакциях иммунного гомеостаза на Севере Европейской территории России. Лимфоидные субпопуляции супрессоров-киллеров CD8+ и естественных киллеров CD16+ выполняют компенсаторную и защитную роль: в работе сделана попытка выявления механизма замещения (компенсации) выраженного Т-клеточного дефицита всех Т-клеток CD5+ и зрелых функционально-активных дифференцированных CD3+ в условиях Приарктического региона. По нашему мнению, выявленный механизм компенсации является резервным механизмом иммунной защиты, активизируется в условиях экстремальных климатоэкологических, профессиональных факторов и образа жизни у человека на Севере. Значимость механизма клеточно-опосредованной цитотоксической активности сочетается с повышением лимфопролиферации и апоптоза, с возрастом и условиями жизни.
