Введение к работе
Актуальность проблемы
Инфаркт миокарда (ИМ) по-прежнему остаётся одной из главных причин смертности населения во всём мире [Шальнова С.А., 2008; Шахнович Р.М., 2008; Young M.A., 2000]. Согласно прогнозам Всемирной Организации Здравоохранения, к 2020 году смертность от сердечно-сосудистых заболеваний может достигнуть 25 миллионов случаев в год, почти половину из них составит смертность от ишемической болезни сердца, прежде всего от инфаркта миокарда. При этом в Российской Федерации показатель смертности от данного заболевания значительно выше, чем в развитых индустриальных странах. В связи с этим, в рамках Национального проекта «Здоровье» большое внимание уделяется формированию системы кардиологической помощи, направленной на повышение уровня здоровья населения за счёт раннего выявления заболеваний сердечно-сосудистой системы, прежде всего, ИМ, его адекватной диагностики, современного лечения и реабилитационных мероприятий [Беленков Ю.Н., Горохова С.Г., 2008].
В последнее десятилетие объём информации об особенностях клиники, патогенеза, возможностях ранней диагностики ИМ значительно возрос, однако, одной из важнейших медико-биологических проблем остаётся разработка комплекса клинико-лабораторных методов, позволяющих своевременно поставить диагноз и оценить характер течения ИМ. Выявление групп пациентов с повышенным риском осложнений ИМ стало особенно важным после того, как появилась реальная возможность улучшить их состояние с помощью медикаментозных и хирургических методов лечения с использованием клеточных технологий [Бокерия Л.А. и др., 2008; Симбирцев А.С. и др., 2008; Темнов А.А., 2008].
Разработка новых терапевтических подходов к лечению ИМ с применением иммунокорректоров и клеточных технологий требует проведения экспериментальных исследований на крупных лабораторных животных. Наиболее удобной моделью для этих целей является модель воспроизведения экспериментального ИМ у собак. Однако данные об особенностях иммунной системы этих животных в норме и при экспериментальном ИМ, полученные с помощью современных технологий, в том числе и методов лазерной проточной цитофлюориметрии, крайне ограничены.
Бурное развитие иммунологии в последние годы позволило во многом пересмотреть и установить важную роль иммунологических механизмов, взаимодействия иммунной и нервной системы в формировании и течении ИМ. Всё это требует комплексной оценки изменения отдельных компонентов иммунной системы, нейро-иммунных взаимосвязей при данном заболевании. Анализ данных литературы выявил во многом недостаточно изученную, неполную и неадекватную трактовку результатов оценки иммунной системы при ИМ в клинике и эксперименте, вследствие чего до сих пор отсутствует доказательная база эффективности проведения иммунокорригирующей терапии при данном заболевании [Моисеев В.С. и соавт., 1998; Чукаева И.И., 2001; Логачева И.В. и соавт., 2002; Weismen I.H et al., 2002; Torre-Amione G. et al., 2008].
В настоящее время установлено, что ИМ характеризуется активацией каскада нейрогуморальных и иммуновоспалительных процессов, влияющих на некротическую и апоптотическую гибель кардиомиоцитов [Потапов И.В., Крашенинников М.Е., 2001; Маслов Л.Н. и др., 2003; Galang N. et al., 2000; Assmus B. et al., 2002]. Однако, исследования процессов апоптоза кардио-миоцитов в динамике ИМ, особенностей их реакций на сигналы со стороны нервной системы и апоптотические стимулы методически трудны, проводятся главным образом морфологическими методами, что может быть малоинформативным вследствие неадекватного забора биологического материала. В этой связи исследования аналогичных процессов в лимфоцитах крови, экспрессирующих рецепторы к нейромедиаторам вегетативной нервной системы, сходные с таковыми на кардиомиоцитах [Красникова Т.Л., Габрусенко С.А., 2000; Yamada S. et al., 1996], имеют значительные преимущества в виду доступности получения биоматериала, возможности стандартизации лабораторных исследований и наличия разнообразных подходов к изучению апоптоза этих клеток.
В целом, при доказанности участия иммунологических механизмов в патогенезе ИМ в настоящее время отсутствуют методические подходы к интегральной, комплексной оценке состояния иммунной системы, её взаимодействия с вегетативной нервной системой при развитии данного патологического процесса в клинике и эксперименте. Проведение подобных исследований необходимо для расширения теоретической базы в целях разработки новых диагностических и терапевтических подходов к коррекции иммунологических нарушений при инфаркте миокарда.
Цель исследования:
Установить особенности участия иммунологических механизмов в развитии и исходах инфаркта миокарда в клинике и эксперименте, повысить эффективность клинико-лабораторной диагностики и прогнозирования течения данного заболевания на основании системного многофакторного анализа и математического моделирования морфофункционального состояния иммунной системы.
Задачи исследования:
1. Разработать комплекс методов in vitro для оценки влияния нейромедиато-ров вегетативной нервной системы на апоптоз лимфоцитов крови человека и экспериментальных животных (собак).
2. Определить закономерности изменений показателей морфофункцио-нального состояния лейкоцитов крови (иммунологические, морфологические, морфометрические), активности системы комплемента, уровней иммуноглобулинов классов A, M, G и С-реактивного белка в крови собак в динамике экспериментального инфаркта миокарда; на основе системного многофакторного анализа разработать математические модели состояния иммунной системы собак в зависимости от тяжести поражения сердечной мышцы.
3. Выявить особенности изменений показателей морфофункционального состояния лейкоцитов (иммунологические, морфологические, морфометрические), активности системы комплемента, уровней иммуноглобулинов классов A, M, G; С-реактивного белка и провоспа-лительных цитокинов (интерлейкин 1, интерлейкин 6, фактор некроза опухоли ) в крови больных с инфарктом миокарда с зубцом Q и без зубца Q; на основе системного многофакторного анализа разработать математические модели морфофункционального состояния системы иммунного гомеостаза человека в динамике острого инфаркта миокарда в зависимости от объема поражения сердечной мышцы.
4. Провести сравнительный анализ математических моделей морфофункцио-нального состояния систем иммунного гомеостаза человека и экспери-ментальных животных при остром инфаркте миокарда.
5. На основе математического моделирования обосновать наиболее значимый спектр клинико-лабораторных и иммунологических показателей для улучшения эффективности диагностики, прогнозирования течения и исходов инфаркта миокарда.
Научная новизна исследования
Впервые проведён анализ проапоптотического действия нейромедиаторов вегетативной нервной системы (норадреналина и ацетилхолина) в сравнении с классическим активатором апоптоза лимфоцитов преднизолоном. Показано, что инкубация крови человека и экспериментальных животных с ацетилхолином in vitro вызывает апоптоз лимфоцитов, а норадреналин изменяет экспрессию ряда антигенов дифференцировки на поверхности лейкоцитов.
Впервые на основе комплексного системного анализа с применением математического моделирования оценены и сопоставлены особенности изменений состояния иммунной системы человека и экспериментальных животных при остром ИМ, включая оценку выраженности процессов апоптоза и чувствительность иммунокомпетентных клеток к нейромедиаторам парасимпатического и симпатического звеньев вегетативной нервной системы, в зависимости от тяжести патологического процесса, что расширило экспериментальную базу для изучения патологических процессов, происходящих при ИМ, а также позволило более адекватно экстраполировать данные экспериментов в клинику.
Впервые на основании комплексной оценки количественной информации, полученной при иммунофенотипировании лейкоцитов крови методом проточной цитометрии, определены дополнительные параметры и их диагностическая и прогностическая значимость при остром инфаркте миокарда.
Впервые проведена комплексная оценка системы провоспалительных цитокинов с оценкой содержания вне- и внутриклеточных провоспалительных цитокинов в сравнительном аспекте при остром ИМ. Выявлены однонаправленные изменения показателей внеклеточного и внутриклеточного (моноциты) содержания провоспалительных цитокинов периферической крови до и после стимуляции в динамике острого инфаркта миокарда, отражающие степень поражения сердечной мышцы.
Впервые проведено исследование корреляционных зависимостей между клинико-лабораторными и иммунологическими параметрами, в результате чего выявлены наиболее значимые с позиций доказательной медицины показатели крови у пациентов в зависимости от тяжести течения инфаркта миокарда. Полученные данные позволяют повысить эффективность диагностики данного заболевания с возможной заменой некоторых сложных и дорогостоящих методов исследования на общеклинические методы при их соответствующей математической обработке.
Впервые разработаны математические модели морфофункционального состояния иммунной системы при поражении сердечной мышцы различной степени тяжести вследствие острого ИМ в эксперименте и клинике. Определён перечень наиболее значимых параметров иммунного статуса для оценки выраженности иммуновоспалительных реакций в динамике острого инфаркта миокарда.
Научно - практическая значимость работы
Дополнены и углублены представления о патогенетическом значении компонентов системы иммунного гомеостаза и реализации процессов апоптоза лейкоцитов в развитии и исходах инфаркта миокарда, что расширяет теоретическую базу для разработки новых терапевтических подходов к коррекции иммунологических нарушений при данном заболевании.
Разработаны методические подходы к оценке чувствительности лейкоцитов крови к нейромедиаторам вегетативной нервной системы на основе морфометрических методов и методов проточной цитометрии, позволяющие изучать механизмы нейро-иммунных взаимодействий в норме и при различных патологических состояниях в клинике и эксперименте.
Комплексно оценены и сопоставлены особенности изменений состояния системы иммунного гомеостаза человека и экспериментальных животных (собак), разработаны рабочие математические модели, отражающие состояние иммунной системы, что позволяет улучшить эффективность диагностики и прогнозирования исходов инфаркта миокарда и расширяет экспериментальную базу для разработки новых терапевтических подходов при лечении инфаркта миокарда на основе современных биотехнологий.
Разработана модель in vitro для изучения участия нейромедиаторов вегетативной нервной системы в регуляции процессов апоптоза иммунокомпетентных клеток.
Предложен методический подход и разработаны компьютерные программы для комплексной оценки иммунного статуса и определения наиболее значимых показателей для диагностики и прогноза.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Нейромедиатор парасимпатического звена вегетативной нервной системы ацетилхолин способен индуцировать in vitro апоптоз лимфоцитов крови человека и животных, что свидетельствует о возможности его прямого участия в процессах регулирования иммуновоспалительных реакций за счёт влияния на программируемую клеточную гибель.
-
При остром инфаркте миокарда в зависимости от степени поражения сердечной мышцы происходят различные по выраженности, но одинаковые по направленности динамические изменения со стороны иммунной системы, характеризующие этапы развития иммуновоспалительного процесса и свидетельствующие о целесообразности проведения иммунокоррегирующей терапии.
-
Характер динамических изменений общего состояния системы иммунного гомеостаза человека и собак при возникновении инфаркта миокарда совпадает по выраженности и направленности, что подтверждает общебиологическую сущность выявленных изменений, а также позволяет использовать модель экспериментального инфаркта миокарда у собак для разработки патогенетически обоснованной иммунокоррегирующей терапии при данном заболевании.
-
Математическое моделирование морфофункционального состояния иммунного гомеостаза человека и экспериментальных животных позволяет объективно оценить и описать характер реагирования на возникновение острого инфаркта миокарда и определить показатели, наиболее значимые для состояния иммунной системы в динамике инфаркта миокарда.
Апробация работы
Результаты исследований доложены на Итоговых годичных конференциях ЦНИЛ Куйбышевского медицинского института (Куйбышев, 1990, Самара, 1994, 1996); II Всероссийском симпозиуме с международным участием «Клинические и фундаментальные аспекты тканевой терапии» и конференции «Теория и практика клеточных биотехнологий» (Самара, 2004); Всероссийской конференции с международным участием «Инновационные технологии в трансплантации органов, тканей и клеток» (Самара, 2008); Всероссийской научной конференции «Нейробиологические аспекты морфогенеза и регенерации», посвящённой памяти члена-корреспондента АМН СССР проф. Ф.М. Лазаренко (Оренбург, 2008); Х международном конгрессе «Современные проблемы аллергологии, иммунологии и иммунофармакологии», посвященном 100-летию со дня рождения академика АМН СССР А.Д. Адо (Казань, 2009); VII Российской конференции иммунологов Урала «Актуальные вопросы фундаментальной и клинической иммунологии и аллергологии» (Архангельск, 2009); XIII Всероссийском форуме с международным участием им. Академика В.И.Иоффе «Дни иммунологии в Санкт-Петербурге» (Санкт-Петербург, 2009), VII Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем», посвящённой 160-летию со дня рождения И.П. Павлова (Санкт-Петербург, 2009).
Внедрение результатов в практику
Результаты исследований внедрены в научную работу отделов Института экспериментальной медицины и биотехнологий, в научную и учебно-методическую работу кафедр общей и клинической микробиологии, иммунологии и аллергологии, факультетской педиатрии, гистологии и эмбриологии, в практическую работу отделения гематологии и трансфузиологии, нефрологии, хирургического отделения пересадки органов клиник ГОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».
Публикации
По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 9 – в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации, монография; зарегистрирована компьютерная программа.
Объём и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы «Материалы и методы исследований», 7 глав результатов собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, который содержит 226 работ отечественных и 342 – зарубежных авторов, приложения. Работа изложена на 210 страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы и 51 рисунок.
