Адаптация к условиям Севера связана со способностью организма приспосабливаться к воздействию низких температур, что приводит к необходимости метаболических перестроек. Наиболее быстрым способом получения энергии является гликолиз, используемый клеткой в процессе пролиферации, а также при воздействии экстремальных нагрузок [1]. Митохондрии медленнее, но эффективнее способствуют наработке АТФ в результате окислительного фосфорилирования, однако митохондриальный окислительный метаболизм сенсибилизирует клетки к апоптозу [2]. Одним из ключевых регуляторов митохондриального метаболизма является Sirt3 [3–6]. Снижение его экспрессии можно наблюдать при сердечно-сосудистых заболеваниях, сахарном диабете, онкологических процессах и нарушениях метаболизма, а также в регуляции окислительного стресса через ось Sirt3-AMPK-α-PGC-1α [7–11]. Другой фактор, регулирующий метаболизм клетки, — гипоксия-индуцируемый фактор HIF-1α, который повышает гликолитическую активность и подавляет митохондриальную [12]. Оценка соотношения этих двух регуляторов позволит оценить направленность метаболической активности клетки. В ранее проведенных нами исследованиях было установлено, что люди, проживающие на Севере, по-разному реагируют на кратковременное общее охлаждение, что проявляется в изменении уровня циркулирующих в периферической крови лимфоцитов (снижение или повышение их уровня, либо отсутствие реакции) [13, 14]. В связи с такими различиями представляет интерес изучение вариантов путей метаболической активности иммунокомпетентных клеток в формировании индивидуальной холодовой чувствительности, что стало целью данной работы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Проведено обследование 180 человек (из них 130 женщин и 50 мужчин) в возрасте 25–55 лет до и после кратковременного общего охлаждения в холодовой камере при –25 °С в течение 5 мин. Забор крови проводили из локтевой вены до и сразу после охлаждения. Критерий включения: практически здоровые люди трудоспособного возраста, на момент обследования не имевшие хронических и/или рецидивирующих заболеваний. Лейкограмму определяли на гематологическом анализаторе XS-1000i (Sysmex; Япония). Иммуноферментным методом определяли концентрацию цитокинов IL10, IL6, TNFα, иризина, трансферрина, sTfR, HIF-1α, Sirt3 на АИФА Evolis (Bio-Rad; Франция) и Multiscan MS (Финляндия). Оценку содержания гликогена проводили цитохимически («Абрис+»; Россия). Количественное содержание аденозинтрифосфата (АТФ) определяли при помощи люциферин-люциферазного метода. Результаты реакции оценивали на люминометре ЛЮМ-1 («Люмтек»; Россия) с использованием стандартных наборов реактивов «Люмтек». Сатурацию крови определяли при помощи пульсоксиметра («Armed» YX300; Китай). У всех обследованных определяли массу тела (кг), рост (см), рассчитывали индекс массы тела (кг/м²). Оценку содержания подкожного и висцерального жира проводили с использованием портативного прибора фирмы Omron (Япония). В соответствии с рекомендациями производителя содержание висцерального жира, равное 1–9%, считали нормальным, 10–14% — высоким, 15–30% — очень высоким. Результаты исследования оценивали в трех группах, в зависимости от изменения уровня лимфоцитов в периферической крови после кратковременного общего охлаждения. В группе 1 содержание лимфоцитов снизилось в 1,5–2 раза с 2,1 (1,77–2,44) до 1,69

(0,95–2,16) × 10⁹ кл/л (p < 0,001); в группе 2 оно повысилось с 1,49 (1,26–1,74) до 2,22 (1,48–2,61) × 10⁹ кл/л (p < 0,01); в группе 3 не установлено достоверных изменений (1,88 (1,46–2,17) и 1,82 (1,46–2,56) × 10⁹ кл/л). Группы не различались по возрасту, средний возраст в группе 1 составил 33 года, в группе 2 — 31 год, в группе 3 — 32 года. Статистическую обработку результатов проводили с помощью программы Statistica 10 (США).  В связи с тем, что распределение признаков не подчинялось закону нормального распределения (Shapiro–Wilk’s), данные представляли в виде медианы, 25- и 75-процентилей Ме (25–75). Множественные сравнения значений (по трем группам) — Kruscal–Wallis (р < 0,05). Попарные сравнения — критерий Mann–Whitney (р < 0,017).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Показатель индекса массы тела значимо не различался по группам: в группе 1 он составил 23,50 кг/м², в группе 2 — 24,16 кг/м², в  группе 3 — 24,78 кг/м². Сравнение данных биоимпендансометрии показало, что для людей, реагирующих на общее кратковременное охлаждение повышением уровня лимфоцитов в периферической крови, характерно более высокое содержание висцерального жира 12,1% (группа 1 — 7,2%,  группа 2 — 5,3%; p^1–2, 1–3 < 0,01) при этом доля подкожной жировой клетчатки значимо не различалась у всех обследованных и составила в  группе 1 — 31,8%, в группе 2 — 30%, в группе 3 — 30,1%. Высокий уровень висцерального жира повышает риск сердечно-сосудистых патологий, нарушений обмена веществ, положительно коррелирует с повышением триглицеридов и уровнем сахара в крови натощак, снижением уровня липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) [15–17]. Известно, что дисфункция висцерального жира способствует формированию гипоксических состояний [18]. Это отражается в более низком уровне сатурации крови в группе 1 — 97% (min — 94%, max — 99%); в группе 2 данный показатель составил 98% (min — 97%, max — 99%), в третьей — 99% (min — 98%, max — 99%). После общего кратковременного охлаждения насыщение крови кислородом в группе 1 фактически сравнялось с двумя другими группами и повысилось до 98% (min — 97%, max — 99%). Сочетанное влияние гипоксии и низких температур приводит к активации гена трансферрина и накоплению его в плазме (табл. 1). Во всех группах регистрируется достаточно высокое содержание растворимого рецептора к трансферрину sTfR и самого трансферрина с превышением концентрации 340 мг/дл у 75% обследованных в группе 1; 77,8% — в группе 2 и 90,9% — в группе 3. 

Такое повышение уровня трансферрина и sTfR свидетельствует о формировании дефицита железа в тканях, гипоксии; кроме того, высокие концентрации трансферрина являются фактором риска сердечнососудистой патологии, провоцируя активацию факторов свертывания крови и гиперкоагуляцию [19, 20]. Изменение метаболической активности клеток определяет возможность адаптации к изменяющимся условиям. Наиболее быстрым способом получения энергии для клетки является гликолиз, для синтеза АТФ в среднем необходимо 2–4 мин. Снижение уровня лимфоцитов в периферической крови после кратковременного охлаждения ассоциировано со снижением гликогена в них с 4 до 2,83% (р = 0,0056); в двух других группах уровень гликогена в лимфоцитах не изменялся и составил соответственно 5,8 и 6,2% в группе 2 и  3,6 и 4,8% — в группе 3. Снижение гликогена приводит к наработке АТФ в лимфоцитах (с 0,98 (0,42–2,87) до 3,16 (0,55–4,19) мкмоль/млн кл); так как клетка не имеет механизмов депонирования АТФ для продолжительного использования, такое повышение АТФ, свидетельствует об ее активизации. Повышение соотношения HIF-1α/SIRT3, регистрируемое при наработке клеткой АТФ свидетельствует в пользу повышения гликолитической активности, так как HIF-1α оказывает преимущественно ингибирующее действие на процессы окислительного фосфорилирования и стимулирует гликолиз, индуцируя поглощение глюкозы и экспрессию гликолитических ферментов (табл. 2) [21–23].

В регуляции холодовой адаптации принимает участие один из миокинов белок иризин, рецепторы к которому имеются на всех клетках организма [24, 25]. Иризин обеспечивает треморегуляционные процессы за счет активации термогенина (UCP1), повышает расход энергии. Кроме того, иризин за счет взаимодействия с тирозинкиназой Src и фосфорилирования АМРК оказывает противоспалительное действие и обеспечивает защиту межклеточных соединений от повреждения [26–28]. Содержание данного миокина было наиболее высоким в группе 1 и составило 6,29 (3,04–7,98) мкг/мл; в двух других группах уровни были ниже: в группе 2 — 3,06 (1,59–6,70), в группе 3 — 4,32 (3,11–8,08) мкг/мл (р^1–2 = 0,005). После холодового воздействия уровень иризина в группе 1 значимо снизился до 3,17 (1,349–6,64) мкг/мл (p < 0,01). Такое снижение уровня иризина после охлаждения может способствовать усилению проницаемости эндотелия, повышению адгезии клеток и миграции их, что ассоциировано со снижением уровня лимфоцитов в циркуляции в данной группе обследованных. Более высокий фоновый уровень иризина обеспечивает повышение в периферической крови содержания противовоспалительного цитокина IL10 на фоне более низких концентраций провоспалительных цитокинов IL6 и TNFα (см. рисунок).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Известно, что ранний период акклиматизации к холоду (до 7 дней) связан с повышением уровня белка HIF-1α, способствующего активации гликолиза и β-окисления [29, 30]. В результате исследований нами установлено, что даже кратковременное холодовое воздействие в течение 5 мин способствует формированию адаптивных реакций, что определяется фоновым уровнем иммунной защиты и регуляторных механизмов, обеспечивающих метаболическую активность клеток. Сочетанное влияние гипоксии и холода связано с повышением уровня трансферрина и растворимого рецептора к нему практически у всех обследованных волонтеров, что является фактором риска формирования сердечнососудистых заболеваний, являющихся распространенной патологией в северных территориях.  Трансферрин служит важным переносчиком ионов железа, вовлеченных в разнообразные метаболические процессы [31, 32], от которых непосредственно зависит вариант реагирования на  холодовое воздействие за счет  формирования срочных или долговременных адаптивных реакций. Так, установленное снижение уровня лимфоцитов в периферической крови в ответ на кратковременное общее охлаждение свидетельствует о формировании срочной адаптивной реакции с активацией гликолитических процессов в клетке, обеспечивающих быстрое повышение энергетических запасов, необходимых для активации лимфоцитов. Более высокий фоновый уровень иризина в первой группе обследованных обеспечивает регуляцию воспалительной реакции за счет стимуляции более высоких уровней противовоспалительного цитокина. Повышение в циркуляции лимфоцитов во второй группе обследованных связано с более высоким уровнем воспалительной реакции, что отражается в уровне содержания провоспалительных цитокинов. Кроме того, для данной группы обследованных характерно наличие большего процента висцерального жира, что также может провоцировать более высокий уровень воспаления. Для обследованных волонтеров, у которых не было зарегистрировано изменений в уровне лимфоцитов (3 группа обследованных), не установлено активизации срочных адаптивных реакций. В данной группе ниже соотношение регуляторов метаболизма HIF-1α/SIRT3, что свидетельствует о преобладании митохондриальной активности при адаптации к холоду.

ВЫВОДЫ

Фоновый уровень иммунной защиты, а также концентрация про- и противовоспалительных факторов связаны с формированием срочных и долговременных  адаптивных реакций на холодовое воздействие. Оценка изменения уровня лимфоцитов в циркуляции является простым и доступным методом для прогнозирования адаптивных возможностей человека, обеспечиваемых регуляцией активации метаболических путей клетки.