Исследование уровня цитокинов у здорового человека при воздействии факторов космического полета и их наземном моделировании - Автореферат

Проведенные ранее исследования иммунологической реактивности космонавтов и астронавтов, совершивших орбитальные полеты на космических кораблях «Салют», «Апполон», «Союз», «Спейс Шаттл» и орбитальных станциях «Скайлэб», «Салют-6, 7» и «МИР», показали, что даже кратковременное пребывание в космическом полете может приводить к возникновению ряда отклонений в функционировании системы иммунитета [Константинова И.В., 1988; Konstantinova I.V. et al., 1993; Stowe R.P. et al., 1999; Stowe R.P., Sams C.F. et al., 2001]. В частности, рядом американских авторов было показано, что по завершению коротких космических полетов у астронавтов снижалась продукция ИЛ-2 и ИФН-? CD3 -клетками, CD4 -и CD8 -лимфоцитами, а также наблюдалась тенденция к повышению синтеза ИЛ-10 иммунокомпетентными клетками [Crucian B.E, 2000; Crucian B.E., Stowe R.P., 2008]. Исследования, проведенные при моделировании факторов КП в наземных экспериментах, выявили функциональный полиморфизм реакций цитокиновой системы, связанный с концептуальными особенностями различных моделей и индивидуальными адаптационными возможностями организма. цитокин космонавт полет цитокиновый Основные положения, выносимые на защиту: Длительные космические полеты приводят к снижению продукции цитокинов иммунокомпетентными клетками периферической крови, что указывает на снижение резервных возможностей эффекторных клеток иммунной системы. Взятие проб крови у космонавтов проводилось за 60 суток до старта и на 1-7-е сутки после приземления; у испытателей-добровольцев, участвующих в наземных модельных экспериментах - в фоновом периоде, во время воздействия и после его завершения.После завершения длительных КП происходит снижение резервных возможностей иммунокомпетентных клеток, что выражается в изменении продукции цитокинов моноцитарно-макрофагальным и лимфоцитарным звеньями в ответ на адекватную стимуляцию. Пребывание в условиях наземного моделирования некоторых эффектов факторов КП, а именно, в эксперименте с «сухой» иммерсией, изоляции в гермообъекте с искусственной средой обитания - также влияет на способность иммунокомпетентных клеток продуцировать цитокины. Причем в эксперименте с 7-суточной «сухой» иммерсией происходит усиление стимулированной продукции цитокинов, активация резервов системы иммунитета, а в условиях изоляции и гипербарического воздействия на участников эксперимента, наоборот, происходит снижение изученных параметров.После завершения коротких КП у космонавтов выявлены изменения как в сторону повышения, так и в сторону снижения продукции цитокинов (ИЛ-1?, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ5, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10, ФНО-?, ФНО-?, ИФН-?) МНК периферической крови. На первые сутки после завершения длительных КП у космонавтов отмечено снижение продукции цитокинов МНК периферической крови как моноцитарно-макрофагального, так и лимфоцитарного звена, свидетельствующее об уменьшении резервных возможностей иммунокомпетентных клеток. В эксперименте с 9-суточным пребыванием человека в гермообъеме в гипербарической нормоксической и гипоксической кислородно-азотно-аргоновой среде происходит усиление митоген-индуцированной продукции цитокинов моноцитарно-макрофагальным звеном и снижение синтеза цитокинов лимфоцитами периферической крови. В условиях длительной 105-суточной изоляции в гермообъекте с искусственной средой обитания на 17-е, 105-е сутки у испытателей-добровольцев выявлено снижение продукции цитокинов моноцитарно-макрофагальным звеном, а на 105-е сутки изоляции - снижение продукции цитокинов лимфоцитами.

В результате проведенных исследований установлено, что цитокиновая система регуляции антигенно-структурного гомеостаза организма чувствительна к воздействию экстремальных факторов КП. После завершения длительных КП происходит снижение резервных возможностей иммунокомпетентных клеток, что выражается в изменении продукции цитокинов моноцитарно-макрофагальным и лимфоцитарным звеньями в ответ на адекватную стимуляцию. Пребывание в условиях наземного моделирования некоторых эффектов факторов КП, а именно, в эксперименте с «сухой» иммерсией, изоляции в гермообъекте с искусственной средой обитания - также влияет на способность иммунокомпетентных клеток продуцировать цитокины. Причем в эксперименте с 7-суточной «сухой» иммерсией происходит усиление стимулированной продукции цитокинов, активация резервов системы иммунитета, а в условиях изоляции и гипербарического воздействия на участников эксперимента, наоборот, происходит снижение изученных параметров. Это свидетельствует о вовлечении различных механизмов адаптивного ответа системы цитокинов при воздействии этих экстремальных факторов.

Выявленное изменение баланса цитокинов, синтезируемых Th1- и Th2-лимфоцитами, влечет за собой, в ряде случаев, снижение соотношения ИНФ-?/ИЛ-10, указывающее на сдвиг цитокинового баланса в сторону Th2 гуморального иммунного ответа. Эти изменения в условиях длительного воздействия могут повлечь за собой нарушения иммунитета, которые редко манифестируют как острые заболевания, а гораздо чаще способствуют развитию хронических инфекционных и аллергических заболеваний [Волчек И.А., 1999]. В этой связи, очевидно, необходим мониторинг сбалансированности цитокиновой регуляции, от которой во многом зависит состояние системы иммунитета и степень напряженности регуляторных систем всего организма.

В данной работе показано, что динамика изменений продукции цитокинов иммунокомпетентными клетками при воздействии на организм факторов космического полета может отличаться индивидуальной направленностью, что объясняется, по-видимому, различной иммунологической реактивностью, складывающейся в онтогенезе и генетически обусловленной, так как известно, что геном человека в значительной мере определяет гомеостаз и адаптоспособность клеток, тканей, органов и организма в целом. В этой связи выявление индивидуальных особенностей функционирования системы цитокинов с помощью функциональных нагрузочных тестов может стать значимым при отборе космонавтов и прогнозе адаптационных возможностей организма к воздействию экстремальных факторов, в том числе и условиям межпланетного космического полета.

Очевидно, что дальнейшее изучение системы цитокинов, характеристика взаимосвязей с другими элементами иммунной системы позволит определить роль выявленных изменений в поддержании антигенно-структурного гомеостаза.1. После завершения коротких КП у космонавтов выявлены изменения как в сторону повышения, так и в сторону снижения продукции цитокинов (ИЛ-1?, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ5, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10, ФНО-?, ФНО-?, ИФН-?) МНК периферической крови. Отличительной особенностью цитокинового профиля является сдвиг иммунного баланса в сторону Th1-клеточного иммунного ответа.

2. На первые сутки после завершения длительных КП у космонавтов отмечено снижение продукции цитокинов МНК периферической крови как моноцитарно-макрофагального, так и лимфоцитарного звена, свидетельствующее об уменьшении резервных возможностей иммунокомпетентных клеток.

3. При наземном моделировании физиологических эффектов микрогравитации в эксперименте с 7-суточной «сухой иммерсией» продукция цитокинов у испытателей-добровольцев характеризовалась вариабельностью направленности и интенсивности изменений. Выявленные особенности могут быть связаны с разными исходными потенциальными возможностями иммунокомпетентных клеток.

4. В эксперименте с 9-суточным пребыванием человека в гермообъеме в гипербарической нормоксической и гипоксической кислородно-азотно-аргоновой среде происходит усиление митоген-индуцированной продукции цитокинов моноцитарно-макрофагальным звеном и снижение синтеза цитокинов лимфоцитами периферической крови.

5. В условиях длительной 105-суточной изоляции в гермообъекте с искусственной средой обитания на 17-е, 105-е сутки у испытателей-добровольцев выявлено снижение продукции цитокинов моноцитарно-макрофагальным звеном, а на 105-е сутки изоляции - снижение продукции цитокинов лимфоцитами.

6. Пребывание космонавтов в условиях длительного орбитального полета и испытателей-добровольцев в условиях моделируемых факторов КП сопровождается значительным повышением в периферической крови количества клеток-продуцентов и снижением их способности к синтезу цитокинов.

7. Изучение продукции цитокинов оппозиционными пулами лимфоцитов (Th1 и Th2) в условиях наземных экспериментов с моделированием факторов КП и после завершения длительных КП выявило снижение соотношения ИНФ?/ИЛ-10, что указывает на сдвиг цитокинового баланса в сторону Th2 гуморального иммунного ответа.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Несмотря на трудности выявления причинно-следственных отношений в пределах цитокиновой сети, необходим мониторинг функционального состояния и оценка резервных возможностей при воздействии на организм человека экстремальных факторов внешней среды. Присутствие в иммунологическом контроле показателей спонтанной и индуцированной продукции цитокинов иммунокомпетентными клетками может явиться продуктивным методологическим подходом для выявления начальных этапов развития иммунодефицитов при воздействии на организм экстремальных факторов. Поскольку для профессионального отбора и выбора средств профилактики наибольшее практическое значение имеет возможность составления индивидуального прогноза, становится очевидным необходимость такого мониторинга.

1. Показатели системы иммунитета здорового человека в эксперименте с изоляцией в гермообъекте в гипербарической кислородно-азотно-аргоновой среде. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2009, том 43, №3. С. 28-33 (соавторы: М.П. Рыкова, Е.Н. Антропова, Ю.А. Попова, И.М. Ларина, Б.В. Моруков).

2. Состояние системы иммунитета человека в условиях 7-суточной «сухой» иммерсии. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2009, том 43, №5. С. 36-42 (соавторы: М.П. Рыкова, Е.Н. Антропова, И.М. Ларина, Б.В. Моруков).

3. Показатели врожденного и адаптивного иммунитета у космонавтов после длительных космических полетов на Международной космической станции. Физиология человека, 2010, том 36, № 3. С. 1 - 12 (соавторы: Б.В. Моруков, М.П. Рыкова, Е.Н. Антропова, С.А. Пономарев, И.М. Ларина).

4. Состояние системы адаптивного иммунитета человека в условиях 105-суточной изоляции в гермообъекте с искусственной средой обитания. Авиакосмическая и экологическая медицина (в печати), (соавторы: Б.В. Моруков, М.П. Рыкова, Е.Н. Антропова, С.А. Пономарев).

5. T-cell immunity and cytokine production in cosmonauts after long-duration space flights. Acta Astronautica (в печати), (co-authors: Morukov B., Rykova M., Antropova E., Ponomaryov S., Larina I.).

6. Исследование раннего периода адаптации системы иммунитета к условиям моделируемой микрогравитации. Сб. тезисов VII Конференции молодых ученых, специалистов и студентов, посвященной дню космонавтики, и приуроченной к 45-летию ГНЦ РФ-ИМБП РАН, Москва, 2008, с. 7.

7. Immune system dysregulation after long-duration space flight. Abstr. 17th Humans in Space Moscow, Russia, June 7-11, 2009, p.16 (co-authors: Morukov B., Rykova M.,Antropova E., Larina I.).

8. Psychoneuroimmunological status in conditions of 18-hour bed rest with a headown tilt Abstr. 17th Humans in Space Moscow, Russia, June 7-11, 2009, p.91 (co-authors: Nichiporuk I., Vassilieva G., Rykova M., Antropova E., Larina I.).

9. Цитокиновый профиль и иммунный статус здорового человека в эксперименте с изоляцией в гермообъекте в гипербарической кислородно-азотно-аргоновой среде. Сб. тезисов VIII Конференции молодых ученых, специалистов и студентов, посвященной дню космонавтики, Москва, 2009, с. 7 - 8.

10. Взаимосвязи психонейроэндокринной системы и иммунного статуса в условиях кратковременной антиортостатической гипокинезии и 7-суточной «сухой» иммерсии. Сб. тезисов докладов VII Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем», посвященной 160-летию со дня рождения И.П. Павлова, Санкт-Петербург, Россия, 29 сентября-02 октября 2009, с. 314-315. (соавторы: Ничипорук И.А., Васильева Г.Ю., Рыкова М.П., Антропова Е.Н., Белоусова И.В.)

11. Цитокиновый профиль и иммунный статус здорового человека в условиях 7-суточной «сухой» иммерсии. Сб. тезисов IX Конференции молодых ученых, специалистов и студентов, посвященной дню космонавтики, Москва, 2010, с. 20 - 21.