Адаптационные возможности иммунной системы в условиях хронического воздействия фенола
Автор: Зайцева Нина Владимировна, Дианова Дина Гумеровна, Долгих Олег Владимирович
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Статья в выпуске: 3-6 т.15, 2013 года.
Бесплатный доступ
Изложены результаты обследования детей, проживающих в условиях хронического воздействия фенола. В данном исследовании показано, что диапазон концентраций фенола (от 0 и больше 0,081 мг/дм 3) в крови обследуемых детей определяет динамическое изменение адаптационных возможностей иммунной системы. Соотношением внешних и внутренних условий формируются адаптационные процессы, ассоциированные с неблагоприятным влиянием фенола.
Фенол, адаптация, иммунная система, апоптоз
Короткий адрес: https://sciup.org/148202097
IDR: 148202097
Текст научной статьи Адаптационные возможности иммунной системы в условиях хронического воздействия фенола
Уровень здоровья населения ставится в этических принципов медико-биологических прямую зависимость от интенсивности, продолжительности влияния загрязнения и степени адаптации индивида к среде обитания [3, 5]. Наиболее эффективным вариантом снижения и профилактики антропогенного прессинга является комплексный мониторинг состояния природной среды и ее обитателей, одним из элементов которого является оценка действия ксенобиотиков на иммунную систему организма как наиболее чувствительную к токсикантам [4, 12].
Цель работы : оценить особенности изменения адаптационных возможностей у детей, проживающих в условиях хронического воздействия фенола.
Материалы и методы. Исследование выполнены на примере детского населения Пермского края. Группу наблюдения составили 154 ребенка младшего дошкольного возраста, постоянно проживающие на территории наблюдения и посещающие не менее 1 года детские организованные учреждения, расположенные на расстоянии от 0,3 до 3 километров от источника загрязнения среды обитания исследуемыми органическими соединениями (фенол) [9]. Биомедицинские исследования у детей выполнены в соответствии с обязательным соблюдением
исследований, изложенных в Хельсинкской декларации 1975 года с дополнениями 1983 года.
Для выявления воздействия химических факторов среды обитания на состояние здоровья проведены натурные исследования содержания приоритетных загрязняющих веществ (фенол) в атмосферном воздухе в районе детских садов на территории интенсивного промышленного освоения. Идентификация фенола в биосредах (кровь) выполнялось в соответствии с методическими указаниями «Сборник методик по определению химических соединений в биологических средах», утвержденными Минздравом России 06.09.99. №763-99 – 4.1.779.99. Фенотипирова-ние лимфоцитов, идентификацию мембранных и внутриклеточных маркеров апоптоза, детекцию апоптоза проводили на проточном цитометре FACSCalibur фирмы «Becton Dickinson» («BD», USA), компьютерную обработку осуществляли с использованием программы CellQuestPrO. Определение субпопуляций лимфоцитов (CD25+, CD95+ (FAS)) проводили методом мембранной иммунофлюоресценции с использованием панели меченых моноклональных антител (МКАТ) к мембранным CD-рецепторам («BD», USA; «Becman Coulter» «BC», USA). Для определения уровня экспрессии рецептора к фактору некроза опухоли-α 1-го типа (TNFRI) использовали ци-тофлюориметрический метод, основанный на взаимодействии соответствующих МКАТ с мембранным рецептором к TNFα на лимфоцитах. Уровень апоптоза лимфоцитов определяли с помощью окрашивания аннексином V-FITC
(Annexin V-FITC) и 7-аминоактиномицином D (7-AAD (7-aminoactinomycin D) («BС», USA). Annexin V-FITC+7-AAD- – ранний апоптоз (апоптотические клетки), Annexin V-FITC+7-AAD+ – поздний апоптоз и некроз [10]. Цитокины (TNFα, фактор некроза опухоли альфа) определяли с помощью иммуноферментного анализа (тест-системы фирмы «Вектор-Бест», г. Новосибирск) на анализаторе «El x 808IU».
Для выбора критериев оценки значимости межгрупповых различий средних проверяли соответствие формы выборочных распределений нормальному, используя критерий χ2, а также контролировали равенство генеральных дисперсий с помощью F-критерия Фишера. В случае отклонения от нормального распределения, для сравнения данных использовали непараметрический U-критерий Манна-Уитни. При соответствии данных нормальному распределению использовали t -критерий Стьюдента. Результаты исследования представлены в виде среднего значения ( М ) и ошибки средней ( m ) изученных показателей. Во всех процедурах статистического анализа рассчитывался достигнутый уровень значимости (p ), при этом критический уровень значимости в данном исследовании принимался равным 0,05.
Результаты и их обсуждение. При исследовании качества атмосферного воздуха на территории наблюдения зарегистрированы превышения фенола до 2,7 ПДК с.с. (предельно допустимая концентрация среднесуточная) и до 1,9 ПДК м.р . (предельно допустимая концентрация максимально разовая). Кратность превышения ПДК с.с. иПДК м.р . фенола составляет 2,7 раза и 1,9 раз соответственно. Средняя концентрация фенола в крови детей, проживающих на территории наблюдения, составила 0,223±0,029 мг/дм3, что статистически значимо ( р <0,05) превышает фоновые значения 0,010±0,007 мг/дм3. Все обследуемые дети, проживающие в условиях внешнесредовой экспозиции органическими соединениями, были поделены на три группы с учетом контаминантной нагрузки фенолом. Результаты обследования выявили, что у детей II (содержание фенола в крови в диапазоне 0,0410,080 мг/дм3) и III (контаминация биосред фенолом выше 0,081 мг/дм3) групп среднее содержание фенола в крови статистически значимо ( р <0,05) превышают среднегрупповое содержание анализируемого вещества в образцах крови детей I группы (диапазон фенола в крови 0-0,040 мг/дм3) (табл. 1). В условиях длительной экспозиции фенолом у экспонируемого населения в крови регистрируется фенол, который можно рассматривать как маркер экспозиции [7].
Таблица 1. Диапазон концентрации фенола в крови обследуемых детей и соответствующие уровни показателей ( M±m )
Показатели |
I группа, n =30 |
II группа, n =60 |
III группа, n =64 |
р 1 |
р 2 |
концентрация фенола в крови, мг/дм3 |
|||||
диапазон концентрации |
0-0,040 |
0,041-0,080 |
> 0,081 |
||
среднее значение |
0,019±0,003 |
0,051±0,001 |
0,412±0,029 |
0,000 |
0,000 |
Характеристика биомаркеров апоптоза с учетом уровня токсикантов в к |
рови |
||||
СD25+, % |
5,95±0,55 |
5,19±0,24 |
5,97±0,30 |
0,600 |
0,700 |
СD25+, 109/дм3 |
0,17±0,02 |
0,15±0,01 |
0,18±0,01 |
0,600 |
0,900 |
СD95+, % |
18,32±1,80 |
14,22±0,65 |
20,22±1,27 |
0,020 |
0,300 |
СD95+, 109/дм3 |
0,52±0,05 |
0,40±0,02 |
0,60±0,04 |
0,045 |
0,060 |
р53, % |
0,75±0,12 |
0,69±0,08 |
0,39±0,08 |
0,500 |
0,010 |
TNFRI, % |
0,67±0,10 |
0,57±0,08 |
0,30±0,03 |
0,500 |
0,002 |
TNFα, пкг/мл |
0,35±0,09 |
0,40±0,11 |
0,16±0,06 |
0,500 |
0,100 |
Annexin V- FITC+7-AAD-,% |
0,61±0,08 |
0,53±0,07 |
0,99±0,06 |
0,500 |
0,002 |
Annexin V- FITC+7-AAD+,% |
6,45±0,79 |
6,41±0,58 |
7,25±0,46 |
0,700 |
0,500 |
Примечание: р1 - различие между I группой и II группой по средним величинам р <0,05; р2 - различие между I группой и III группой по средним величинам р <0,05
Оценка иммунного статуса показала, что у детей II группы статистически значимо ( р <0,05) снижено количество Т-лимфоцитов, экспрессирующих СD95-антиген, а также достоверно
( р <0,05) реже определяется внутриклеточный белок р53 в сравнении с результатами, полученными у детей I группы. Обнаружено, что у детей при контаминации биосред фенолом выше 0,081
мг/дм3 статистически значимо ( р <0,05) повышается количество Annexin V-FITC+7-AAD--лимфоцитов относительно значений, полученных у обследуемых I группы. Анализ иммунограмм, выявил, что у детей III группы статистически значимо ( р <0,05) снижена экспрессия белка р53 и TNFRI в сравнении с результатами, зарегистрированными у детей I группы.
При содержании фенола в биосредах в диапазоне 0-0,040 мг/дм3 у детей формируется срочная адаптация, ассоциированная с воздействием фенола. Повышение в биологических субстратах концентрации изучаемого вещества от 0,041 мг/дм3 до 0,08 мг/дм3 уобследуемых вызывает снижение срочных адаптационных возможностей организма, что проявляется в достоверном ( р <0,05) снижении экспрессии сигнального маркера СD95+ и отсутствием активации апоптоза в условиях повышения гаптенной нагрузки. Увеличение в крови концентрации фенола более чем 0,081 мг/дм3 формирует долгосрочную адаптацию, что выражается в модификации (стимуляции) апоптоза ( р <0,05) иммунокомпетентных клеток на фоне стабилизации количества СD95+-клеток.
Долгосрочные адаптационные процессы в условиях повышенной внешнесредовой экспозиции фенолом у обследуемых детей достигаются за счет активации FAS-зависимого апоптоза на фоне угнетения факторов, опосредующих TNF-зависимый и р53-зависимый апоптоз. Роль апоптоза значима в уравновешивании эффекта клеточной пролиферации, дифференцировке, а также в элиминации функционально неполноценных иммунокомпетентных клеток. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма в условиях экспозиции необходима функциональная активность всех звеньев иммунной системы в полном объеме и на всех этапах реализации адаптации.
Среди таких черт в приспособлении организма к любым факторам среды следует выделять два вида адаптации – срочную, но несовершенную, и долговременную, совершенную [6]. В результате длительного, постоянного или многократно повторяющегося действия на организм факторов среды постепенно возникает долговременная адаптация. Основными условиями долговременной адаптации являются последовательность и непрерывность воздействия экстремального фактора [1]. Принципиальной особенностью долговременной адаптации является то, что она возникает не на основе готовых физиологических механизмов, а на базе вновь сформированных программ регулирования [8]. Долговременная адаптация, по существу, развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и характеризуется тем, что в итоге постепенного количественного накопления каких-то изменений организм приобретает новое качество в определенном виде деятельности – из неадаптированного превращается в адаптированный [11]. Как срочная, так и долговременная адаптация организма к действию стрессорных раздражителей начинается с нарушений гомеостаза организма. Вероятность того, что конкретное химическое вещество вызовет нарушение гомеостаза, в конечном счете, зависит от ряда переменных, включая уровень воздействия химического вещества на организм, распределение и удержание химического вещества по мере попадания в организм, эффективность систем метаболической активации и/или детоксикации в тканях-мишенях и др. [2].
Выводы: у детей, проживающих в условиях хронического воздействия фенола, при содержании данного вещества в крови от 0 до 0,04 мг/дм3 формируется срочная (несовершенная, незавершенная) адаптация; при концентрации от 0,041 мг/дм3 до 0,08 мг/дм3 – переход от срочных на долгосрочные адаптационные процессы (снижение ( р <0,05) экспрессии СD95+-рецептора, тенденция снижения апоптоза); при концентрации более 0,08 мг/дм3 – долгосрочные (совершенная) адаптационные реакции, реализуемые за счет активации FAS-зависимого апоптоза при ингибировании составляющих TNF- и р53-зависимого апоптоза (повышение ( р <0,05) количества СD95+-лимфоцитов и Annexin V-FITC+7-AAD--лимфоцитов, снижение ( р <0,05) экспрессии TNFRI+-клеток и внутриклеточного белка р53). Очевидно, до начала действия фактора, к которому развивается адаптация, в организме отсутствует полностью сформированный механизм, обеспечивающий адекватное приспособление.
Список литературы Адаптационные возможности иммунной системы в условиях хронического воздействия фенола
- Агаджанян, Н.А. Адаптация и резервы организма. -М.: Физкультура и спорт, 1983. 176 с.
- Бочков, Н.П. Клиническая генетика. -М.: ГЭОТАР‐МЕД, 2001. 448 с.
- Жданова-Заплесвичко, И.Г. Окружающая среда как фактор риска заболеваемости детей в регионе с газоперерабатывающей промышленностью: автореф. дис. канд. мед. наук. -М., 2006. 23 с.
- Забродский, П.Ф. Экологическая иммунология/П.Ф. Забродский, Хаитов Р.М., Пинегин Б.В., Истамов Х.И. -М.: Изд-во ВНИРО, 1995. 219 с.
- Зайцева, Н.В. Особенности клеточного звена иммунитета у детей в условиях внешнесредовой экспозиции толуолом, формальдегидом, фенолом/Н.В. Зайцева, О.В. Долгих, Д.Г. Дианова//Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 5(2). C. 341-343.
- Меерсон, Ф.З. Основные закономерности индивидуальной адаптации//Физиология адаптационных процессов (Руководство по физиологии). -М.: Наука, 1986. 635 с.
- Рахимов, Р.Х. Введение в «Инфра Р» терапию по методу Р. Рахимова/Р.Х. Рахимов, Н.Н. Тихонова. -Ташкент: «Фаргона», 2005. С. 14. -Режим доступа: http://ks.uz/book/metod5/index.htm.
- Онищенко, Г.Г. Гигиеническая индикация последствий для здоровья при внешнесредовой экспозиции химических факторов/Г.Г. Онищенко, Н.В. Зайцева, М.А. Землянова, под ред. Г.Г. Онищенко. -Пермь: Книжный формат, 2011. 532 с.
- Р 2.1.10.1920-04 Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. п. 6.4.5.2.
- Сибиряк, С.В. Оценка апоптоза в иммунологических исследованиях: краткое методическое руководство/С.В.Сибиряк, С.В. Хайдуков, А.В. Зурочка и др. -Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 59 с.
- Солодков, А.С. Физиология спорта: Учебное пособие/А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб. -СПб.: СПбГАФК им. П. Ф. Лесгафта, 1999. 231 с.
- Hermann, A.C. Effects of arsenic on zebrafish innate immune system/A.C. Hermann, C.H. Kim//Mar. Biotechnol. (NY). 2005. V. 7, №5. P. 494-505.