Структурно-функциональной основой активной приспособительной деятельности организма является взаимодействие физиологических функций и колебательный характер активности, благодаря которому поддерживается гибкое взаимодействие со средой. Цена приспособительных реакций организма к факторам среды является одной из лимитирующих характеристик функционального состояния организма и зависит от сохранения функциональных резервов сердечно-сосудистой и иммунной систем. Сердечно-сосудистая система, являющаяся многоконтурной иерархически организованной системой, обусловливает доминирующую роль отдельных звеньев, определяемую текущими потребностями организма [1,2]. Цитокины, относящиеся к группе регуляторных пептидов, осуществляют формирование и регуляцию защитных реакций организма, обеспечивая межклеточные взаимодействия [5-10]. В последние годы достигнут значительный прогресс в технологиях идентификации белков, методах стандартизации протеомных исследований, что послужило основой для развития протеомики, изучающей структуру и функции белков, а также взаимосвязи между ними [3,4,11]. Протеомика человека, нацеленная на поиск новых белковых и пептидных маркеров, представляет часть более общего процесса изучения патогенеза социально значимых заболеваний и разработки методов коррекции пограничных патологических состояний [13]. Несмотря на ведущиеся во всем мире исследования по направленному поиску биомаркеров различных патологических состояний, систематическое изучение протеома здорового человека только начинается. Особый интерес представляет характеристика вариабельности белковой композиции у специально отобранной группы здоровых людей для определения интервала физиологической нормы различных белков внутри человеческой популяции. Очевидна чрезвычайная пластичность протеома здорового человека при сохранении функциональных резервов, обусловливая вариации количественного содержания и качественного состава белков, связанные с адаптивным ответом на изменение внешних условий. Адаптация к выполнению воинских обязанностей является системным ответом организма, направленным на достижение адекватного уровня функционирования систем жизнеобеспечения и минимизацию физиологической «цены» в зависимости от специфики профессиональной деятельности. Повседневная деятельность военнослужащих в условиях современной армии предусматривает постоянную нервно- эмоциональную, физическую нагрузку, в основе которых лежат напряженная аэробная работа и окислительный стресс, ведущие к высвобождению цитокинов. С позиции физиологической значимости системы кровообращения в формировании адаптивных реакций и выделения цитокинов в самостоятельную систему регуляции и поддержания гомеостаза, проведено исследование по выявлению взаимосвязей параметров кардиоритма и уровней цитокинов военнослужащих Министерства обороны Ставропольского гарнизона.
Материал и методы. Исследования проведены с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и директивах Европейского сообщества (8/609ЕС). В реализации программы исследования на добровольной основе приняли участие 128 военнослужащих первого периода зрелого возраста, проходящих военную службу по контракту в войсковых частях Ставропольского гарнизона, входящего в состав Южного военного округа. Первую группу составили военнослужащие Министерства обороны, прошедшие специальный отбор в виде многоуровневого и углубленного медицинского обследования. Данная категория предназначена для дальнейшего прохождения службы на контрактной основе в общевойсковом учебном центре младшего командного состава (школа сержантов). Профессиональная деятельность характеризуется инженерно-технической направленностью. Вторая группа сформирована из военнослужащих, проходящих службу по контракту в Воздушно-десантных войсках Министерства обороны Российской Федерации. Специфика прохождения службы связана с деятельностью в экстремальной обстановке с использованием специального снаряжения и осуществляется в условиях наибольшей опасности в мирное и военное время. При анализе ритма сердца использован метод спектрального анализа на диагностическом приборе «Варикард 2.5» с применением специализированного программного обеспечения «Иским-6.1». В настоящем исследовании проведено определение концентрации 8 цитокинов в плазме крови военнослужащих. Периферическую кровь получали из локтевой вены в асептических условиях в пробирки, содержавшие 25 ЕД гепарина на 1 мл крови. Концентрацию 8 цитокинов (IL2, IL4, IL6, IL8, IL10, GMGSF, TNF-a, TNF-b) оценивали методом проточной иммунофлюорометрии на мульплексном анализаторе Bio Plex Protein Assay System, Bio Rad, USA с использование набора реагентов для анализа цитокинов Human 8-Plex Cytokine Panel в соответствии с инструкцией фирмы производителя. Анализ проводили тремя независимыми экспериментальными сериями, при этом как калибровочные разведения, так и исследуемые образцы были хорошо воспроизводимы. Расчеты концентрации 8 цитокинов по стандартным калибровочным разведениям производили при помощи программного обеспечения, поставляемого фирмой Bio Rad (Bio Plex Manager 6.1). Данные представлены в пг/мл. Для характеристики продукции цитокинов использовали методы описательной и структурной статистики. Для обнаружения взаимозависимости между двумя изучаемыми количественными признаками применялся корреляционный анализ по Пирсону с определением коэффициента корреляции (r).
Результаты исследования. Анализ оценки цитокинового профиля (рисунок) выявил увеличение уровня гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека (GM-CSF) у сержантов (42,5±0,07 пг/мл), превышающего его величину (38,63±0,04 пг/мл) у военнослужащих воздушно-десантных войск. Являясь гемопоэтическим ростовым фактором и модулятором иммунного ответа, играющим решающую роль в пролиферации, дифференцировке, созревании и функциональной активности гемопоэтических клеток, GM-CSF стимулирует образование колоний гранулоцитов и макрофагов. Выявленное достоверное повышение значений IL-10 у военнослужащих воздушно-десантных войск, по-видимому, объясняет снижение величины GM-CSF, поскольку экспрессия GM-CSF может быть ингибирована IL-10.
Цитокиновый профиль плазмы крови военнослужащих
Примечание: р.з. – референтные значения; *** – Р≤0,05
Справедливо полагать, что выявленные разнонаправленные изменения активности гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека в определенной мере объяснимы спецификой профессиональной деятельности, характеризующейся инженерно-технической направленностью у сержантов, и деятельностью в экстремальной обстановке с использованием специального снаряжения в условиях наибольшей опасности в мирное и военное время у военнослужащих воздушно-десантных войск. В плазме крови военнослужащих выявлены уровни фактора некроза опухолей (TNF-a, TNF-β) и интерлейкинов (IL-2,4,6,810), превышающие референтные значения. В плазме крови военнослужащих выявлены два близких по аминокислотному составу белка TNF-a и TNF-β, проявляющие сходную активность по отношению к воспалительной реакции, иммунным и опухолевым процессам. Уровень TNF-a в плазме крови сержантов превышает референтное значение в 11 раз, в плазме крови военнослужащих воздушно-десантных войск – в 15 раз, что указывает на большую степень выраженности физиологического эффекта TNF-a по стимулированию продукции IL-6 и IL-8 у военнослужащих воздушно-десантных войск. Сравнительный межгрупповой анализ выявил достоверное увеличение уровней IL-6, IL-8 у военнослужащих воздушно-десантных войск. При этом уровень IL-6 плазмы крови военнослужащих воздушно-десантных войск по сравнению с уровнем в плазме крови сержантов увеличен в 13 раз, а уровень IL-8 – в 8 раз. IL-6, являясь фактором дифференцировки В-клеток, способствует созреванию В-лимфоцитов в антитело продуцирующие клетки, индуцирует синтез белков острой фазы, в связи с чем относится к цитокинам воспаления. Выявленное сочетанное возрастание уровней TNF-a и IL-8, являющегося низкомолекулярным цитокином воспаления, у военнослужащих воздушно-десантных войск, согласно имеющимся научным и клиническим данным, свидетельствует о наличии острых и хронических воспалительных состояний на атопическом фоне. Проведенный спектральный анализ мощности колебаний ритма сердца, отражающий ранее выявленную динамику изменений контуров управления кардиоритма [1,2], выявил ведущую роль центрального контура у военнослужащих воздушно-десантных войск и автономного контура у сержантов. Справедливо полагать, что в организме военнослужащих воздушно-десантных войск специфика прохождения службы обусловливает подключение к регуляции кардиоритма, даже в условиях физиологического покоя, 3-го уровня центрального контура регуляции (низкочастотная составляющая спектра колебаний ритма сердца – Low Frequency – LF-волны), выявляя состояние «напряжения» регуляторных аппаратов сердечно-сосудистой системы. Вазомоторный центр продолговатого мозга, осуществляющий афферентный синтез и посылающий в сосудистую систему симпатическую эфферентную импульсацию, сопряженно влияет на цитокиновое звено иммунной системы, обеспечивающее короткодистантную регуляцию межклеточных и межсистемных взаимодействий. Вероятно, эффекты этого влияния заключаются в повышении уровней интерлейкина 6, влияющего на экспрессию гуморального звена иммунитета и интерлейкина 8, являющегося активным участником острой воспалительной реакции. В организме сержантов преобладание роли автономного контура регуляции сердечным ритмом (высокочастотная составляющая – HighFrequency – HF-волны), сопряжено с меньшей степенью активации цитокинов и повышением уровня гемопоэтического ростового фактора, играющего решающую роль в пролиферации, дифференцировке и созревании клеток гранулоцитарного ростка крови. Сопоставление параметров спектрального анализа кардиоритма и концентрации цитокинов (схема) выявило у сержантов заметные и слабые отрицательные связи высокочастотных HF волн с уровнями фактора некроза опухолей и интерлейкинов. Возрастание роли автономного контура регуляции сердечного ритма у сержантов сопряжено со снижением уровня TNF-a, источником которого является активированный макрофаг и TNF-b, продуцируемого активированной T-клеткой. Два близких белка проявляют сходную активность по отношению к воспалительной реакции, иммунным и опухолевым процессам.
Коэффициент корреляции по Пирсону показателей спектрального анализа кардиоритма и уровней цитокинов военнослужащих исследованных групп
Таким образом, с возрастанием роли автономного контура регуляции кардиоритма снижается активность регуляторов естественного иммунитета (TNF-a, TNF-β, IL-6, IL-8), специфических иммунных реакций (IL-2, IL-4) и цитокинов, регулирующих воспалительные реакции (IL-10). Выявлено наличие слабых положительных связей очень низкочастотной составляющей спектра колебаний ритма сердца – Very Low Frequency – VLF-волн с TNF-β и IL-4. С возрастанием церебральных влияний на кардиоритм и активацией гипоталамо-гипофизарной системы в организме сержантов сопряжено увеличение активности фактора некроза опухолей – лимфотоксина, подавляющего пролиферацию клеток-предшественников в костном мозге и лимфокина IL-4, являющегося фактором дифференцировки для T- и B- лимфоцитов посредством участия в воспалительных реакциях и иммунном ответе.
В организме военнослужащих воздушно-десантных войск выявлено наличие слабых положительных связей низкочастотных LF волн с уровнями TNF-a, TNF-β и гемопоэтического ростового фактора (GM-CSF). Преобладание роли 3-го уровня центрального контура регуляции сердечного ритма у военнослужащих воздушно-десантных войск сопряжено с возрастанием активности регуляторов естественного иммунитета и концентрацией гранулоцитарного колониестимулирующего фактора, являющегося главным гемопоэтическим фактором роста, регулирующим гранулоцитопоэз. Статистически доказана связь очень низкочастотных VLF волн с уровнем TNF-a, характеризующая сопряженность церебральных влияний и активации гипоталамо-гипофизарной системы с увеличением активности TNF-a, под влиянием которого увеличивается образование макрофагами и нейтрофилами свободных радикалов и активируются катаболические процессы при хроническом воспалении. Таким образом, со смещением в организме сержантов регуляторных влияний в регуляции кардиоритма на структуры автономного контура (синусовый узел, n. vagus, его ядра) ассоциировано снижение активности регуляторов естественного иммунитета, специфических иммунных реакций и цитокинов, регулирующих воспалительные реакции. Активация структур центрального контура (вазомоторный центр продолговатого мозга) в организме военнослужащих воздушно-десантных войск сопряжена с активацией регуляторов естественного иммунитета и ростового фактора, регулирующего гранулоцитопоэз. Подключение к регуляции кардиоритма церебральных влияний и воздействий гипоталамо-гипофизарной системы приводит у сержантов к увеличению активности лимфотоксина, подавляющего пролиферацию клеток-предшественников в костном мозге и лимфокина, являющегося фактором дифференцировки для T- и B- лимфоцитов. Возрастание роли церебральных влияний и воздействий гипоталамо-гипофизарной системы вызывает у военнослужащих воздушно-десантных войск увеличение активности кахектина, под влиянием которого увеличивается образование макрофагами и нейтрофилами свободных радикалов и активируются катаболические процессы, способствуя развитию кахексии при хроническом воспалении.
Заключение. Выполнение воинских обязанностей, являясь системным ответом организма, направленным на достижение адекватного уровня функционирования систем жизнеобеспечения, обусловливает в организме сержантов взаимосвязь автономного контура регуляции сердечным ритмом со снижением активности регуляторов естественного иммунитета и специфических иммунных реакций. Минимизация физиологической «цены» за адаптацию, достигаемая военнослужащими воздушно-десантных войск, проявляется доминированием в регуляции ритмом сердца центрального контура регуляции кардиоритма, сопряженного с активацией регуляторов естественного иммунитета и ростового фактора, регулирующего гранулоцитопоэз. Подключение к регуляции кардиоритма церебральных влияний и воздействий гипоталамо-гипофизарной системы взаимосвязано у сержантов с увеличением активности лимфотоксина и лимфокина, а у военнослужащих воздушно-десантных войск ассоциировано с увеличением активности кахектина. В целом вагусные влияния на кардиоритм ассоциированы со снижением физиологического баланса продукции и акцепции цитокинов, образующих цитокиновую сеть, регулирующую как интенсивность иммунных реакций, так и процессы пролиферации, миграции и дифференцировки клеток. Напротив, церебральные и симпато-адреналовые влияния на кардиоритм сопряжены с возрастанием активности фактора некроза опухолей и гемопоэтического ростового фактора, регулирующего гранулоцитопоэз.
Библиографическая ссылка
Бутова О.А., Гришко Е.А. АССОЦИИРОВАННОСТЬ ПАРАМЕТРОВ КАРДИОРИТМА И УРОВНЕЙ ЦИТОКИНОВ ВОЕННОСЛУЖАЩИХ СТАВРОПОЛЬСКОГО ГАРНИЗОНА ЮЖНОГО ВОЕННОГО ОКРУГА. // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=26054 (дата обращения: 19.04.2024).