Математическая морфология.

Электронный математический и медико-биологический журнал. - Т. 14. -

Вып. 2. - 2015. - URL:

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-46-html/TITL-46.htm

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-46-html/cont.htm

 

УДК: 616.12-004-02:616.152.21-06:612.017.1]-092.9

 

ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГУМОРАЛЬНОГО ИММУНИТЕТА В РАННЕМ ПЕРИОДЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДИФФУЗНОГО КАРДИОСКЛЕРОЗА У КРЫС С РАЗНОЙ РЕЗИСТЕНТНОСТЬЮ К ГИПОКСИИ

 

Ó 2015 г. Сатурская А. С.

 

(saturskaya-2.doc)

 

В статье представлены результаты экспериментального исследования изменений показателей гуморального иммунитета в раннем периоде развития диффузного кардиосклероза у крыс с разной резистентностью к гипоксии. Эксперименты проведены на 72 половозрелых белых нелинейных крысах-самцах с различной устойчивостью к гипоксии, которые были разделены на экспериментальные группы: низкоустойчивые (НГЖ), среднеустойчивые (СГЖ) и высокоустойчивые к гипоксии животные (ВГЖ) после проведения тестирования на резистентность к экзогенной гипобарической гипоксии. Животным моделировали ишемически-некротический диффузный кардиосклероз и проводили определение содержания основных классов иммуноглобулинов М, G, А (Ig M, Ig G, Ig А) в сыворотке крови в раннем периоде развития кардиосклероза. Экспериментально доказано, что изменения показателей гуморального иммунитета в раннем периоде диффузного ишемически-некротического кардиосклероза имеют существенные различия у животных с разной резистентностью к гипоксии. Моделирование диффузного кардиосклероза сопровождается повышением содержания Ig M в сыворотке крови животных на этапе наблюдения 7 суток, с наибольшей интенсивностью у низкоустойчивых к гипоксии животных. К следующему этапу наблюдается снижение, но не нормализация, этого показателя. Содержание Ig G в сыворотке крови животных всех экспериментальных групп на этапах наблюдения 7 и 14 суток диффузного кардиосклероза удерживается выше уровня контрольных животных. Наибольшая интенсивность увеличения содержание Ig G в сыворотке крови выявлена у животных с низкой устойчивостью к гипоксии. При моделировании диффузного кардиосклероза содержание Ig A, обеспечивающего местный иммунитет, достоверно снижается у низкоустойчивых к гипоксии животных к этапу наблюдения 14 суток моделированной патологии. Содержание Ig M, Ig G, Ig A претерпевает наименьших изменений при моделировании диффузного кардиосклероза у животных с высокой резистентностью к гипоксии. 

Ключевые слова: устойчивость к гипоксии, диффузный кардиосклероз, гуморальный иммунитет.

 

Введение.

Признание факта, что сердечная недостаточность – это не просто дефект в насосной функции сердечной мышцы [1], а комплексное системное воспалительное заболевание, поражающее многие органы и системы, привело к появлению новых терапевтических направлений, которые оказывают существенное влияние на качество жизни и выживаемость больных с сердечной недостаточностью. Так, учеными K. A. Lisman, S. J. Stetson и др. [2] при комплексном рассмотрении патогенеза сердечной недостаточности уделено большое внимание именно воспалительным изменениям, что обусловливает поиск и изучение новых методов лечения или предотвращения воспалительных изменений для обеспечения и улучшения качества жизни пациентов. В наших предыдущих исследованиях уделено внимание роли воспалительных реакций при моделировании ДКС у животных с разной устойчивостью к гипоксии [3, 4]. В  связи с тем, что существует сильная взаимосвязь воспалительных и иммунных реакций [5, 6], необходимо изучить некоторые параметры, характеризующие особенности иммунного ответа при изучаемой патологии.

Изучение особенностей динамики иммуноглобулинов в сыворотке крови в раннем периоде развития диффузного ишемически-некротического кардиосклероза у крыс с разной устойчивостью к гипоксии поможет раскрыть влияние врожденной устойчивости к гипоксии на активность и направление ответа гуморального звена иммунной системы организма при изучаемой патологии.

Целью нашего исследования является изучение особенностей  реакции  гуморального звена иммунной системы в раннем периоде экспериментального диффузного кардиосклероза при его моделировании у крыс с разной резистентностью к гипоксии.

Материалы и методы исследования.

В исследовании было проведено серию экспериментов на 72 белых половозрелых лабораторных крысах-самцах массой 190-250 г. Все животные находились в стандартных условиях вивария на обычном рационе. Эксперименты проводились с соблюдением общих правил и положений Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для исследовательских и других научных целей (Страсбург, 1986), а также Общих этических принципов экспериментов на животных (Киев, 2001).

Животных разделили на экспериментальные группы: низкоустойчивые (НГЖ), среднеустойчивые (СГЖ) и высокоустойчивые к гипоксии животные (ВГЖ), в зависимости от их устойчивости к экзогенной гипобарической гипоксии. По 8 особей животных с разной устойчивостью к гипоксии были отобраны для формирования контрольных групп. Остальным животным основных экспериментальных групп моделировали диффузный кардиосклероз (ДКС) путем двукратного, с интервалом в 7 суток, введения раствора адреналина гидротартрата (0,5 мг/кг) внутримышечно и 5% раствора кальция глюконата в расчете 1,0 мл на 100 г массы животного интраперитонеально. В дальнейшем животных поэтапно выводили с эксперимента по 8 особей каждой группы через 7 и 14 суток после моделирования изучаемой патологии, что соответствует раннему периоду развития ДКС.

Под общей анестезией с помощью интраперитонеального введения тиопентала натрия (50 мг/кг) осуществляли эвтаназию животных путем тотального кровопускания. В сыворотке крови определяли содержание Ig M, Ig G, Ig А турбодиметрическим методом с использованием наборов реактивов фирмы “HUMAN” (Германия) в соответствии с инструкциями фирмы-производителя на полуавтоматическом биохимическом анализаторе Humalyzer 2000, выражая концентрацию Ig M, Ig G, Ig А в г/л [7, 8].

Статистическая обработка результатов выполнена в отделе системных статистических исследований ГВУЗ "Тернопольский государственный медицинский университет имени И. Я. Горбачевского Министерства здравоохранения Украины" в программном пакете Statsoft STATISTICA 6.0. («Statsoft», США) с использованием параметрических и непараметрических методов оценки полученных данных. Для всех показателей рассчитывали значение средней арифметической выборки (M), стандартное отклонение. Достоверность разницы значений между независимыми количественными величинами определяли при нормальном распределении по критерию Стьюдента, в других случаях – с помощью критерия Манна-Уитни. Различие между величинами считали достоверными при величине р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение.

При моделировании диффузного кардиосклероза содержание различных классов иммуноглобулинов в сыворотке крови претерпевало достоверных изменений, которые оказывают влияние на течение изучаемого процесса.

Через 7 суток после моделирования ДКС, на первом этапе наблюдения,  содержание Ig M в сыворотке крови низкоустойчивых к гипоксии животных увеличилось на 11,4 % (р<0,05) (Табл. 1). Высокоустойчивые и среднеустойчивые к гипоксии животные на моделирование ДКС не среагировали достоверными изменениями содержания Ig M.

 

Таблица 1

Динамика концентрации иммуноглобулина M в сыворотке крови крыс с разной устойчивостью

к гипоксии в раннем периоде развития диффузного кардиосклероза, (M±m)

 

Устойчивость

животных

к гипоксии

Контроль

(n=8)

Этап наблюдения при моделировании ДКС

7 суток

(n=8)

14 суток

(n=8)

Ig M, г/л

Низкоустойчивые

0,76±0,02

0,85±0,02

р<0,05

0,53±0,03

р<0,001

Среднеустойчивые

0,75±0,02

0,77±0,02

0,62±0,03

р<0,01

Высокоустойчивые

0,73± 0,02

0,78± 0,02

0,66± 0,02

                                                                                            

Примечание. 1. р – достоверность различий показателя на данном этапе по отношению к показателю соответствующей контрольной группы животных.

 

При дальнейшем развитии кардиосклеротического процесса, через 14 суток ДКС, содержание Ig M в сыворотке крови животных уменьшалось у всех животных: у низкоустойчивых к гипоксии животных содержание Ig M было на 30,2 % (р<0,001) меньше, чем в контрольной группе, у среднеустойчивых к гипоксии животных – на 17,5 %  (р<0,01) меньше, чем в соответствующей контрольной группе, а высокоустойчивые к гипоксии животные на моделирование ДКС среагировали менее интенсивными изменениями содержания Ig M, поскольку данный показатель достоверно не отличался от показателя  соответствующей контрольной группы животных.

Как известно, иммунный ответ на антиген может быть первичным и вторичным. Первичный ответ возникает в случае первого контакта иммунной системы с антигеном. Он реализуется через несколько дней, пока В-лимфоциты трансформируются в плазматические клетки и начнут синтезировать Ig M. Вторичный ответ возникает после повторного контакта иммунной системы с антигеном, развивается быстро (2-3 дня) с помощью Ig G. Следует принимать во внимание такое понятие, как иммунологическая толерантность – это нечувствительность иммунной системы к собственным тканям. Это естественная толерантность, которая развивается еще в эмбриональном периоде, но при моделировании диффузного кардиосклероза антигенами могут быть поврежденные клетки миокарда, которые претерпевают некротических изменений при катехоламиново-кальциевой модели повреждения миокарда [9].

На первом этапе наблюдения, через 7 суток после моделирования ДКС, содержание Ig G в сыворотке крови низкоустойчивых к гипоксии животных увеличилось на 44,0 % (р<0,001) (Табл. 2). У среднеустойчивых к гипоксии животных содержание Ig G в сыворотке крови увеличилось на 23,5 % (р<0,001), а высокоустойчивые к гипоксии животные на моделирование ДКС  среагировали достоверным повышением данного показателя на 16,3 % (р<0,001). На этапе наблюдения 14 суток ДКС содержание Ig G в сыворотке крови НГЖ было на 42,2 % (р<0,001) больше, чем у животных контрольной группы с низкой устойчивостью к гипоксии. У среднеустойчивых к гипоксии животных содержание Ig G в сыворотке крови на данном этапе было больше на 10,7 % (р<0,001), а  у высокоустойчивых к гипоксии животных – на 10,2 % (р<0,01) больше, чем в соответствующих группах контрольных животных.

 

 

Таблица 2

Динамика концентрации иммуноглобулина G в сыворотке крови крыс с разной

устойчивостью к гипоксии в раннем периоде развития

диффузного кардиосклероза, (M±m)

 

Устойчивость

животных к гипоксии

Контроль

(n=8)

Этап наблюдения при моделировании ДКС

7 суток

(n=8)

14 суток

(n=8)

Ig G, г/л

Низкоустойчивые

1,23±0,02

1,77±0,03

р<0,001

1,75±0,02

р<0,001

Среднеустойчивые

1,21±0,02

1,49±0,02

р<0,001

1,34±0,02

р<0,001

Высокоустойчивые

1,19± 0,02

1,38±0,02

р<0,001

1,31±0,03

р<0,01

 

Примечание. 1. р – достоверность различий показателя на данном этапе по отношению к показателю соответствующей контрольной группы животных.

 

Содержание иммуноглобулина А (Ig A) является ценным показателем и используется для общей оценки местного иммунитета, способности организма к борьбе с возможными инфекционными агентами, а также для оценки состоянии печени, почек, наличия хронического воспаления. Мы определяли содержание Ig A в сыворотке крови в раннем периоде развития ДКС.

На этапе наблюдения 7 суток ДКС содержание Ig А в сыворотке крови животных с разной устойчивостью к гипоксии достоверно не изменилось, (Табл. 3). На этапе наблюдения 14 суток ДКС содержание Ig А в сыворотке крови НГЖ было на 26,1 % (р<0,05) меньше, чем у животных контрольной группы с низкой устойчивостью к гипоксии. У среднеустойчивых и высокоустойчивых к гипоксии животных содержание Ig А в сыворотке крови на данном этапе достоверно не отличалось от показателей соответствующих групп контрольных животных.

 

Таблица 3

Динамика концентрации иммуноглобулина А в сыворотке крови крыс с

разной устойчивостью к гипоксии в раннем периоде развития

диффузного кардиосклероза, (M±m)

 

Устойчивость

животных к гипоксии

Контроль

(n=8)

Этап наблюдения при моделировании ДКС

7 суток

(n=8)

14 суток

(n=8)

Ig А, г/л

Низкоустойчивые

0,34±0,02

0,29±0,02

0,25±0,02

р<0,05

Среднеустойчивые

0,35±0,02

0,32±0,02

0,28±0,02

Высокоустойчивые

0,35±0,01

0,33±0,02

0,32±0,02

 

Примечание. 1. р – достоверность различий показателя на данном этапе по отношению к показателю соответствующей контрольной группы животных.

 

Иммуноглобулины A - белки, представляющие класс антител А, обеспечивающих местный иммунитет. Они представлены в виде двух фракций: сывороточной, обеспечивающей местный иммунитет, и секреторной (содержащейся в молоке, секретах кишечного и респираторного тракта, слюне, слезной жидкости), создающих вместе с неспецифическими факторами иммунитета защиту слизистых оболочек от микроорганизмов и вирусов. Связываясь с микроорганизмами, антитела класса Ig A задерживают их присоединение к поверхности клеток. Снижение содержания Ig A свидетельствует о недостаточности гуморального и местного иммунитета и свидетельствует об истощении иммунной системы на данном этапе наблюдения. Необходимо также отметить, что моделирование ДКС сопровождается развитием сердечной недостаточности с поражением печени, почек и других органов, что, в свою очередь не может не отразиться на функционировании иммунной системы.

Иммунная система

 обеспечивает гомеостаз организма на клеточном и молекулярном уровне организации. Гуморальный иммунитет обеспечивается иммуноглобулинами различных классов, в основном Ig M, Ig G, Ig А, которые синтезируются плазматическими клетками, являющимися конечным этапом дифференцировки В-лимфоцитов под влиянием антигенного стимула и хелперного сигнала [10]. Одной из важных биологических функций иммуноглобулина является связывание антигена и образования циркулирующих иммунных комплексов. В последнее время значительно расширились представления ученых о патогенезе заболеваний, в основе развития которых заложены механизмы измененной иммунологической реактивности. При развитии кардиосклероза и сердечной недостаточности вначале наблюдается активация иммунной системы, что проявляется в повышении продукции провоспалительных цитокинов, активации системы комплемента, и повышении концентрации аутоантител [1]. Иммунную активацию при сердечной недостаточности можно разделить на две категории: активация путем непосредственной антигенной стимуляции и активации иммунной системы, вторичной к сердечной травматизации, при которой появляются "новые" антигены, способные к инициации иммунного ответа против скрдечной ткани. Цитокины имеют важное значение для распространения и увеличения иммунного ответа. Они участвуют в формировании набора клеток в области воспаления, стимулируя деление клеток, пролиферацию и дифференцировку. Циркулирующие уровни фактора некроза опухоли-альфа (TNF-альфа) увеличивается у пациентов с сердечной недостаточностью. Таким образом, цитокины являются ключевыми элементами иммунной активации. Иммунная система реагирует путем удаления некротических и апоптотических клеток, вызывая системную противовоспалительную реакцию [1]. Данное исследование и предыдущие работы [3, 4] подтверждают, что при диффузном кардиосклеротическом процессе наблюдаются иммунные и воспалительные изменения, от активности которых в значительной степени зависит активность фиброза [11, 12].

Выводы.

1. Изменения показателей гуморального иммунитета в раннем периоде диффузного ишемически-некротического кардиосклероза имеют существенные различия у животных с разной резистентностью к гипоксии.

2. Моделирование диффузного кардиосклероза сопровождается повышением содержания Ig M в сыворотке крови животных на этапе наблюдения 7 суток с наибольшей интенсивностью у низкоустойчивых к гипоксии животных с последующим снижением этого показателя, не достигающем уровня контроля.

3. Содержание Ig G в сыворотке крови животных на этапах наблюдения 7 и 14 суток диффузного кардиосклероза удерживается выше уровня контрольных животных. Наибольшая интенсивность увеличения содержание Ig G в сыворотке крови выявлена у животных с низкой устойчивостью к гипоксии.

4. При моделировании диффузного кардиосклероза содержание Ig A, обеспечивающего местный иммунитет, снижается у низкоустойчивых к гипоксии животных к этапу наблюдения 14 суток моделированной патологии.

5. Содержание Ig M, Ig G, Ig A претерпевает наименьших изменений при моделировании диффузного кардиосклероза у животных с высокой резистентностью к гипоксии.

Перспективы дальнейших исследований. Учитывая результаты, полученные в данной экспериментальной работе, в дальнейшем целесообразно изучить особенности показателей гуморального иммунитета на позднем этапе диффузного кардиосклероза, а также изучить перспективные пути коррекции выявленных нарушений с помощью препаратов, стимулирующих эндогенные механизмы кардиопротекции у животных с разной устойчивостью к гипоксии.

 

Литература

 

1.     A study to assess the effects of a broad-spectrum immune modulatory therapy on mortality and morbidity in patients with chronic heart failure: the ACCLAIM trial rationale and design /  G. Torre-Amione, R. C. Bourge, W. S. Colucci [et al.] // Can J. Cardiol. – 2007. – V. 23, N. 5. – P. 369-376.

2.     The role of inflammation in the pathogenesis of heart failure / K. A. Lisman, S. J. Stetson, M. M. Koerner [et al.]  // Curr. Cardiol. Rep. – 2002. – V. 4, N. 3. – P. 200-205.

3.     Сатурская А. С. Особенности баланса про- и противовоспалительных цитокинов при экспериментальном диффузном кардиосклерозе у крыс в зависимости от их врожденной устойчивости к гипоксии / А. С. Сатурская // Электронный математический и медико-биологический журнал. - Математическая морфология. // Т. 14. - Вып. 1. - 2015. - [Электронный ресурс]. – Режим доступа до инф. :  URL:

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-45-html/saturskaya/saturskaya.htm

4.     Сатурская А. С. Изменения цитокинового профиля крови при экспериментальном диффузном кардиосклерозе у крыс с различной устойчивостью к гипоксии /  А. С. Сатурская, Ю. И. Бондаренко, В. Е. Пелых // J. of Education, Health and Sport. – 2015. – Т. 5, № 2. – С. 66–78.

5.     TNF provokes cardiomyocyte apoptosis and cardiac remodeling through activation of multiple cell death pathways / S. B. Haudek, G. E. Taffet, M. D. Schneider [et al.] // J. Clin. Invest. – 2007. – V. 117, N. 9. – P. 2692 – 2701.

6.     Switch regulation of interleukin-1 beta in downstream of inflammatory cytokines induced by two micro-sized silica particles on differentiated THP-1 macrophages / T. Zhou, X. Cui, Y. Zhou [et al.] // Environ. Toxicol. Pharmacol. – 2015. – V. 39, N. 1. – P. 457 – 466.

7.     Чернушенко Е. Ф. Иммунологические методы исследований в клинике / Е. Ф. Чернушенко, Л. С. Когосова. – К. : Здоров’я, 1978. – 159 с.

8.     Клиническая иммунология и аллергология / Под ред. А. В. Караулова. – М. : МИА, 2002. – 651 с.

9.     Сатурская А. С. Особенности кардиопротекторного эффекта триметазидина при экспериментальном кардиосклерозе у крыс с различной степенью чувствительности к гипоксии / А. С.  Сатурская // Вестник Витебского ГМУ. – 2015. – Т. 14, № 1. – С. 28 – 34.

10.           Дранник Г. Н. Клиническая иммунология и аллергология / Г. Н. Дранник. – 3-е изд. доп. – К. : Полиграф плюс, 2006. – 482 с.

11.           Effects of telmisartan on inflammation and fibrosis after acute myocardial infarction in rats / Z. Song, J. Bai, L. Zhang [et al.]  // Zhonghua Yi Xue Za Zhi. – 2014. – V. 94, N. 33. – P. 2628 – 2633.

12.           Endomyocardial fibrosis: pathological and molecular findings of surgically resected ventricular endomyocardium / S. D. Iglezias, L. A. Benvenuti, F. Calabrese [et al.] // Virchows Arch. – 2008. – V. 453, N. 3. – P. 233 – 241.

 

CHANGES OF HUMORAL IMMUNITY IN THE EARLY PERIOD OF EXPERIMENTAL DIFFUSE CARDIOSCLEROSIS IN RATS WITH DIFFERENT RESISTANCE TO HYPOXIA

 

Saturska H. S.

 

The article presents the results of an experimental research of humoral immunity changes in the early period of diffuse cardiosclerosis in rats with different resistance to hypoxia. Experiments were conducted on 72 white male rats divided into experimental groups based on their different resistance to exogenous hypobaric hypoxia. The experimental model of diffuse cardiosclerosis was simulated and the content of the major classes of immunoglobulins M, G, A (Ig M, Ig G, Ig A) in the blood serum was determined in the early period of cardiosclerosis. Experiments proved that the changes of humoral immunity in the early period of diffuse ischemic necrotic cardiosclerosis have significant differences in animals with different resistance to hypoxia. Modeling of diffuse cardiosclerosis is accompanied by an increase of the Ig M content in the blood serum at the observation stage of 7 days of diffuse cardiosclerosis, with the greatest intensity occurring in animals with low resistance to hypoxia. The next stage of observation showed a decrease, but not normalization, of this indicator. Content of Ig G in serum of the animals of all experimental groups is retained above the level of the control animals in the early period of diffuse cardiosclerosis, at the observation stages of 7 and 14 days. The highest intensity of increase of Ig G content in blood serum was discovered in animals with low resistance to hypoxia. At the modeling of diffuse cardiosclerosis, the content of Ig A that provides local immunity significantly decreased in animals with low resistance to hypoxia by the observation stage of 14 days of diffuse cardiosclerosis.

Key words: resistance to hypoxia, diffuse cardiosclerosis, humoral immunity.

 

Сведения об авторе:

Сатурская Анна Степановна – к.м.н., доцент кафедры патологической физиологии ГВУЗ "Тернопольский государственный медицинский университет имени И. Я. Горбачевского Министерства здравоохранения Украины", кафедра патологической физиологии, ул. Чехова, 3, Тернополь, Украина, тел. 098-065-16-72, saturska.gs@gmail.com

 

ГВУЗ "Тернопольский государственный медицинский университет

имени И. Я. Горбачевского Министерства здравоохранения Украины"

Кафедра патологической физиологии

SHEI “I. Horbachevsky Ternopil State Medical University of the Ministry of Public Health of Ukraine”

Ternopil, Ukraine

Поступила в редакцию 24.03.2015.