Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Изменение стрессорной реактивности системы крови при переходе к толерантной стратегии адаптации

/У - $$ / 4 - 2

/ ' /

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ

АКАДЕМИЯ

на правах рукописи

Цейликман Вадим Эдуардович

Изменение стрессорной реактивности системы крови при переходе к толерантной стратегии адаптации

14.00.16. Патологическая физиология

Диссертация

на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научные консультанты: Доктор медицинских наук, профессор И.А. Волчегорский Член-корреспондент РАМН, академик РАЕН, доктор медицинских наук, профессор Ю.М. Захаров

Список наиболее часто используемых сокращений

АОК - антителообразующие клетки; АР - адренорецептор; ГАГ - гликозаминогликаны;

ГГАС - гипоталамо-гипофизарно-адреналовая система;

ГИМ - гемопоэзиндуцирующее микроокружение;

ГКГ - глюкокортикоидные гормоны;

ГСС - гематологический стресс-синдром;

ДИ - двукратная иммобилизация;

ИБН - иммунобиологического надзор;

ИЛ - интерлейкин;

ИНФ - интерферон;

И Од - 9-часовой иммобилизационный стресс; КА - катехоламины; КМ - костный мозг;

КРФ - кортикотропин-рилизинг фактор;

ЛПС - липополисахарид;

МАО - моноаминоксидаза (КФ 1.4.3.4.);

Мф - макрофаг;

Нф - нейтрофилы;

ОИ - однократная иммобилизация;

ПОЛ - перекисное окисление липидов;

ПТИ24 - через 24 часа после завершения ТИ;

ПЯЛ - полиморфноядерные лейкоциты;

САС - симпато-адреналовая система;

СЖК - свободные жирные кислоты;

СК - система крови;

СКК - стволовые кроветворные клетки;

СМ - "средние молекулы";

ТИ - трехкратная иммобилизация; ТКФ - точный критерий Фишера; ФНО - фактор некроза опухолей; ЭБС - эмоционально-болевой стресс; ЭО - эритробластический островок; ЭС - эмоциональный стресс; ЯГД - язвенно-геморрагические дефекты; 1_С - синее пятно;

гк - коэффициент корреляции рангов Кэндела;

Оглавление

Стр.

Введение................................................................................ 6

Глава 1. Стрессорные реакции системы крови

(обзор литературы)....................................................................18

1.1. Гематологический стресс-синдром при неантигенных стрессорных воздействиях..............................21

1.2. Влияние воспалительного процесса на сдвиги в системе крови и нейроэндокринные механизмы стресса......39

1.3. Стресс-ограничивающие эффекты

воспалительного процесса........................................................55

Глава 2. Материалы и методы исследования........................63

Глава 3. Изменения стрессорной реактивности животных при периодическом воздействии повторных 1-часовых иммобилизаций...........................................................................83

3.1. Динамика изменения показателей белой крови при трехкратном одночасовом иммобилизационном стрессе.......84

3.2. Динамика изменений показателей эритрона

при повторных стрессорных воздействиях...............................104

3.3. Влияние трехкратной 1-часовой иммобилизации на уровень гликемии, триглицеридемии, ферментемии и интенсивности липопероксидации в органах системы

крови и печени................................................................................113

3.4. Роль средних молекул в регуляции ответа системы

крови на стрессорное воздействие.............................................126

3.5. Влияние повторных иммобилизаций на поведенческую активность животных........................................................138

Глава 4. Снижение чувствительности системы крови к дополнительному стрессорному воздействию и переход к толерантной стратегии адаптации при повторных иммобилизациях...........................................................................143

4.1. Влияние предварительного воздействия трехкратных 1-часовых иммобилизаций на иммунную реактивность крыс... 144

4.2. Влияние повторных иммобилизаций на чувствительность животных к дополнительному стрессорному воздействию.......154

4.3. Влияние повторных 1-часовых иммобилизаций на чувствительность животных к глюкокортикоидам, адреномиметикам и инсулину ....................................................172

4.4. Влияние повторных 1-часовых иммобилизаций на выбор

адаптационной стратегии ............................................................193

Глава 5. Фармакологическая коррекция (З-адреноблокатором пропранололом развивающейся стресс-толерантности системы крови и сопутствующих ей адаптивных

эффектов хронического стресса.................................................208

5.1. Модулирующее влияние пропранолола на индуцированные трехкратной 1-часовой иммобилизацией сдвиги адренореактивности.........................................................209

5.2. Модифицирующее влияние пропранолола на динамику изменений показателей системы крови при повторных 1-часовых иммобилизациях.....................................220

5.3. Комбинированное воздействие пропранолола и трехкратной 1-часовой иммобилизации как путь оптимизации

диабетпрофилактического эффекта стресса.............................230

Заключение.................................................................................242

Выводы.......................................................................................273

Список литературы..................................................................276

Введение

Актуальность проблемы

Система крови (CK) играет важную роль в реализации гомеоста-тических процессов в организме. Так, различные клеточные генерации CK могут существенно влиять на кислородтранспортные процессы в тканях, участвовать в обеспечении клеточного и гуморального иммунитета, в реализации гемостаза и фибринолиза, в секреции биологически активных веществ (Захаров Ю.М., 1994). Ответная реакция CK на стрессорное воздействие в конечном счете направлено на компенсацию стресс-индуцированных сдвигов гомеостаза (Горизонтов П.Д., 1976).

Известно, что клетки CK характеризуются высокой чувствительностью к глюкокортикоидам и катехоламинам (Корнева Е.А., Шхинек Э.К., 1988; Павлов А.Д., Морщакова Е.Ф., 1987; Гущин Г.В., 1993; Дыгай A.M., Шахов В.П., 1990; Гольдберг Е.Д. и др., 1997; Лунина Н.В. и др., 1986; Маянский А.Н., Маянский Д.Н., 1989; Byron J. е. а., 1973; Galant S.P. е. а., 1975; Hadden J.W., 1970). Клетки периферической крови, а также кроветворных и иммунокомпетентных органов реагируют на разнородные стрессорные воздействия (Горизонтов П.Д. и др., 1983; Гольдберг Е.Д. и др., 1983; Гаркави Л.Х. и др., 1977; Васильев Н.В. и др., 1975; Дыгай A.M., Шахов В.П., 1989; Сухих Г.Т., 1985; Фролов Е.А., 1987; Шахов В.П., 1990; Шахов В.П., Шахова С.С., 1996; Ястребов А.П. и др., 1988; Dhabar J. е. а., 1996). Важно подчеркнуть, что фармакологическая блокада различных звеньев симпато-адреналовой системы (САС) и гипо-таламо-гипофизарно-адреналовой системы (ГГАС) устраняет большинство стрессорных сдвигов в системе крови. Так, блокада а адреноре-цепторов ограничивает миграцию кариоцитов из селезенки, а ß-адреноблокатор пропранолол (обзидан) полностью устраняет развитие

"лимфоидного пика" в костном мозге после завершения стрессорного воздействия (Горизонтов П.Д. и др., 1972, 1974). Гипофизэктомия и ад-реналэктомия также в значительной степени изменяют реакцию системы крови на стрессорное воздействие (Горизонтов П.Д. и др., 1983).

В настоящее время хорошо обоснован тезис о том, что повторные стрессорные эпизоды приводят к десенситизации тканей в отношении катехоламинов и глюкокортикоидов (Меерсон Ф.З., 1986; Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г., 1988; Меерсон Ф.З., Копылов Ю.Н., 1991; Меерсон Ф.З., Малышев И.Ю., 1993; Torda Т., 1981; Stone Е., 1984). Данный феномен является важнейшей составляющей долговременной адаптации к действию стрессоров и за счет него ограничивается развитие стрес-сорных нарушений функционирования нервной и сердечно-сосудистой систем (Меерсон Ф.З., 1986; Меерсон Ф.З., 1993). На фоне повторных стрессорных воздействий также снижается выраженность "стереотипной реакции системы крови" на стрессорное воздействие (Горизонтов П.Д. и др., 1983). Это проявлялось в ограничении мобилизации костномозгового резерва Нф и, соответственно, в снижении численности этих клеток в циркулирующей крови, а также в уменьшении стресс-индуцированной лимфопении.

Важнейшими метаболическими проявлениями стресс-реакции являются мобилизация энергосубстратов и увеличение кислородного запроса (Меерсон Ф.З., 1981; Панин Л.Е., 1983). В соответствии с современными представлениями уменьшение выраженности стрессорного катаболизма и снижение кислородного запроса рассматривается как переход к филогенетически более древней стратегии адаптации - так называемому толерантному гипобиозу (Кулинский В.И., Ольховский И.А., 1992). Такой переход происходит в ситуациях, когда филогенетически более молодая стратегия стрессорного реагирования оказывается неэффективной из-за неизбежности или чрезвычайной выраженно-

сти стрессорного воздействия.

В настоящее время подавляющее большинство стрессологиче-ских исследований проведено на моделях когнитивных, то есть распознаваемых нервной системой (Blalock J., 1989) экстремальных воздействий. Значительно меньше внимания уделяется эффектам так называемых "некогнитивных" стрессоров. Данный термин подразумевает ту категорию экстремальных раздражителей, у которой афферентное звено представлено клетками системы крови и иммунобиологического надзора (Blalock J. Е„ 1984).

Со времен Н. Selye (1960) и до настоящего времени эффекты антигенных и флогогенных раздражителей рассматривали только как проявление "местного адаптационного синдрома" (воспаление), который, в свою очередь, неспецифически индуцирует "общий адаптационный синдром" (стресс) (Малышев В.В. и др., 1997; Capcala L., 1995; Sternberg Е., Licino J., 1995). Однако распространенная воспалительная патология не только не сопровождается ишемическими проявлениями дистресса, но и наоборот, характеризуется признаками гипокортицизма и снижения кислородного запроса (Derikjh R.A. е. а., 1994; Norbiato G. е. а., 1992). Кроме того показано, что хирургическое удаление основных стресс-реализующих органов (аденогипофиза и надпочечников), а также фармакологическое угнетение симпато-адреналовой системы (САС) не только не смягчают реакцию системы крови на некогнитивные раздражители, но и наоборот, усиливают её до пределов, имеющих фатальные последствия (Lazar J. е. а., 1995). Этот факт вступает в противоречие с тезисом Н. Selye (1947) о том, что "стресс - это неспецифическая реакция организма на любое предъявленное к нему требование". Таким образом, реакция системы крови на экстремальные воздействия существенным образом зависит от когнитивности стрессора.

Концепция J. Blalock (1984) о различной когнитивности стрессоров

и роли иммунной системы как "сенсорного органа", воспринимающего некогнитивные раздражители, даёт возможность по другому рассмотреть регуляцию стрессорных сдвигов в системе крови. Сведения о том, что повторные эпизоды когнитивного стрессорного воздействия приводят к снижению выраженности реакции системы крови на острый стресс, позволяют поставить вопрос о феномене стресс-толерантности системы крови (СТСК).

Правомерность этой точки зрения иллюстрируется способностью длительно действующих когнитивных стрессоров вызывать переход к толерантной стратегии адаптации, которая характеризуется гипоката-болической направленностью обмена веществ, снижением потребления кислорода и формированием устойчивости к гипоксии (Кулинский В.И., Ольховский И.А., 1992).

Согласно современным представлениям, выбор адаптационной стратегии - это прежде всего выбор той или иной группы гормонов и специфических рецепторов, реализующих соответствующую форму адаптации (Кулинский В.И., Ольховский И.А., 1992; Терещенко И.П., Кашулина А.П., 1995; Кулинский В.И., Колесниченко Л.Ф., 1997). В связи с этим важно отметить, что развитие толерантного гипобиоза может реализоваться за счет десенситизации ^ адренорецепторов (Кулинский В.И., Ольховский И.А., 1992). Опираясь на этот факт можно говорить об определённой гомологии концепций В.И. Кулинского, И.А. Ольховского (1992) и Ф.З. Меерсона (1986 - 1993).

Это обстоятельство иллюстрирует правомерность представления об адаптации к неизбегаемым стрессорам как состоянии, связанном с переходом от резистентной к толерантной стратегии адаптации (Кулинский В.И., Ольховский И.А., 1992). Экстраполяция этого положения на динамику стресс-обусловленных сдвигов в СК позволяет выделить феномен стресс-толерантности системы крови. Под этим терми-

ном следует понимать снижение выраженности острых неспецифических изменений в CK, вызванных когнитивными воздействиями, вследствие перехода к толерантной стратегии адаптации. Согласно данным H. Selye (1936) и П.Д. Горизонтова (1976) наиболее ранними неспецифическими стрессорными сдвигами в CK являются также мобилизация костномозговых резервов нейтрофилов, развитие нейтрофильного лейкоцитоза, эозинопения и лимфопения. Данные сдвиги являются основными критериями гематологического ответа на когнитивные стрессоры. Таким образом, снижение выраженности отмеченных стрессорных изменений в CK следует рассматривать как важнейший критерий приобретённой стресс-толерантности CK.

Вышеприведённые рассуждения имеют гипотетический характер и требуют экспериментальной проверки. Кроме того, остаются неясными ряд вопросов, касающихся биологического значения феномена приобретенной СТСК к когнитивным стрессорам.

Вполне вероятно, что одним из наиболее существенных адаптивных моментов СТСК является ограничение мобилизации цитотоксиче-ского потенциала фагоцитирующих клеток. В связи с этим важно обратить внимание на высокую чувствительность головного мозга, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также органов желудочно-кишечного тракта к активным формам кислорода и другим цитотоксиче-ским продуктам макрофагов и нейтрофилов (Раппопорт С.И. и др., 1996; Friedman G.D. е. а., 1974; Prentice B.L. е. а., 1988). Появившийся недавно термин "аутофагоцитарные болезни" характеризует вклад лейкоцитов в патогенез различных заболеваний неинфекционной природы (Коган А.Х., Грачев C.B., 1996).Остается неясным, как меняется реактивность системы крови к некогнитивным стрессорам на фоне приобретенной СТСК.

Развитие тахифилаксии считается одним из наиболее вероятных

последствий активации макрофагов. Данный феномен характеризуется быстрым нарастанием устойчивости к стрессорам инфекционной и неинфекционной природы (Маянский А.Н., Маянский Д.Н., 1989). Важно отметить, что одним из проявлений тахифилаксии является увеличение секреции ИЛ-1 (Маянский А.Н., Маянский Д.Н., 1989; Фрейдлин И.С., 1984), являющегося центральным компонентом цитокиновой сети (Koj А. е. а., 1988; Strober W., James S.P., 1988; Baumann Н., Gauldie J., 1994). ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-6, ФНОа, уклоняясь в кровоток, выступают в качестве "эндокринных цитокинов" (Sternberg Е., Licino J., 1995; Sternberg Е., 1997). При этом они обладают способностью проникать через гематоэнцефалический барьер и активировать ГГАС и за счет этого запускать стресс-реакцию. По-видимому, любая клетка системы крови, способная продуцировать "эндокринные цитокины", может быть вовлечена в "афферентное звено" реакции на некогнитивный стрессор. Известно, что секреторная активность нейтрофилов во многом повторяет спектр секреторных продуктов макрофагов (Quale J. е. а., 1994). Поэтому мы склонны рассматривать нейтрофилы, наряду с макрофагами и лимфоцитами, в качестве "сенсорной клетки", воспринимающей сигналы от некогнитивных факторов. Важно отметить, что секреторный продукт активированных нейтрофилов - нейтрофилокин повышает активность сывороточного ИЛ-1 (Dolgushin I.I. е. а., 1996) и воспроизводит характерные для стресса гематологические сдвиги (Колесников О.Л. и др., 1993).

Вместе с тем секреторные продукты фагоцитирующих клеток на периферии обладают симпатолитическим и антистероидным эффектами (Маянский А.Н., Маянский Д.Н., 1989). Однако в настоящее время неизвестно, насколько эти виды активности секреторных продуктов нейтрофилов и макрофагов могут быть причастны к регуляторному ограничению стрессорной реакции. Важно подчеркнуть, что заведомо не-

антигенные воздействия сопровождаются возрастанием активности ИЛ-1 (Васильев Н.В. и др., 1991). Отсюда представляются перспективными исследования, посвященные изучению влияния стресс-толерантности системы крови (СТСК) на адренореактивность, а также чувствительность к глюкокортикоидам и инсулину.

Известно, что устойчивость организма к ряду экстремальных факторов напрямую связано с формированием толерантной (острая гипоксия) либо резистентной (физическая нагрузка на фоне низкой температуры) стратегии адаптации (Волчегорский И.А., 1993; Кулинский В.И., Ольховский И.А., 1992). При этом угнетение механизмов резистентной (стрессорной) стратегии адаптации, т.е. переход к толерантной адаптационной стратегии сопровождается повышением устойчивости к стрес-сорным повреждениям внутренних органов при одновременном снижении устойчивости к флогогенному воздействию (Волчегорский И.А., 1993; Kapcala L., 1995; Lazar J. е. а., 1995). Стрессорная стратегия адаптации, наоборот, сопряжена с риском развития ишемических повреждений внутренних органов, иммуносупрессией и относительной устойчивостью к флогогенным воздействиям (Меерсон Ф.З., 1984; Волчегорский И.А., 1993; Кулинский В.И., Ольховский И.А., 1992).

Таким образом, любая из адаптационных стратегий имеет позитивные и негативные стороны. Представленная работа посвящена исследованию адаптивных и дезадаптивных последствий стресс-толерантности системы крови.

Цель исследования

Обо