Иммунная и нервная системы, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают формирование адаптационных реакций к условиям проживания. На мембране иммунокомпетентных клеток  имеются рецепторы к нейротрансмиттерам, посредством которых они могут влиять на функциональную и метаболическую активность клеток, в то же время Т-лимфоциты способны регулировать как синтез, так и деградацию нейротрансмиттеров [1, 2]. Воздействие холодового фактора приводит к изменению уровней гормонов срочной и долговременной адаптации.

Формирование адаптивных физиологических процессов реализуется в основном за счет двух систем: симпатикоадреналово-медуллярной оси и гипоталамо-гипофизарнонадпочечниковой оси. Гормон симпатико-адреналовомедуллярной оси адреналин в норме присутствует в крови в небольших количествах, при воздействии стрессового фактора концентрация его значительно повышается, активизируя катаболические процессы. Катехоламины регулируют ряд функций лейкоцитов, включая пролиферацию и дифференцировку, митогенные ответы, литическую активность естественных киллеров и продукцию цитокинов, высокие дозы нарушают агрегацию тромбоцитов [3–6]. Стероидный гормон гипоталамогипофизарно-надпочечниковой оси кортизол может повышать уровень глюкозы в крови, подавлять иммунную систему, индуцируя апоптоз провоспалительных Т-клеток, подавлять выработку В-клетками антител и снижать миграцию нейтрофилов во время воспаления [7]. Кортизол снижает синтез гликогена и способствует метаболизму жиров, белков и углеводов посредством глюконеогенеза [8]. Глюконеогенез позволяет быстро реагировать на изменения потребности в АТФ. Усиление липолиза в жировых тканях под влиянием кортизола способствует высвобождению глицерина и свободных жирных кислот, которые также используются при β-окислении и в качестве источника энергии для других клеток. Эффект воздействия кортизола во многом обусловлен длительностью влияния и величиной дозы. Активация катаболических механизмов, направленных на обеспечение энергетических потребностей организма, оправдана при кратковременном стрессовом состоянии, тогда как хроническое воздействие стрессового фактора и длительное иммуносупрессорное влияние повышенных доз кортизола может привести к истощению адаптационных резервных сил организма. Степень адаптированности к специфическим природным условиям, в том числе к холодовому воздействию, различна даже у людей, постоянно проживающих на Севере. Во многом это определено фоновым уровнем активированности нейро-иммуно-эндокринной системы, а также наличием резервных возможностей, позволяющих адекватно реагировать на внешние стимулы. Цель исследования — определить взаимосвязь фонового уровня кортизола и адреналина, а также изменения их концентрации при формировании адаптивной иммунной реакции в ответ на общее охлаждение.

ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ

Изменения иммунологических, гематологических и биохимических параметров периферической венозной и капиллярной крови изучали у 173 практически здоровых человек. Критерии включения: отсутствие на период обследования острых заболеваний; неприменение закаливающих процедур; возраст от 20 до 60 лет. Забор крови проводил квалифицированный медперсонал два раза: 1) до нахождения в холодовой камере УШЗ-25Н («Ксирон холод»; Россия) в течение 5 мин при –25 °С и 2) сразу после нахождения в камере. Сыворотку и плазму крови отделяли центрифугированием, образцы однократно замораживали при температуре –20 °С. Исследование проводили утром с 8 до 10 ч строго натощак. Лейкограмму определяли на гематологическом анализаторе XS-1000i (Sysmex; Япония). Методом иммуноферментного анализа опредяли содержание адреналина тест-наборами (IBL, Hamburg; Германия), кортизола (DBC; Канада), ферритина (ORGENTEC Diagnostika GmbH; Германия). Оценку результатов проводили на иммуноферментном анализаторе Multiskan FC («Thermo Scientific»; Финляндия). Содержание гликогена в лимфоцитах определяли цитохимическим методом («Абрис+»; Россия) с подсчетом процента положительно реагирующих клеток на микроскопе Биомед 4 LED («Биомед»; Россия). Результаты исследования обработаны с использованием пакета прикладных программ «Statistica 6.0» (StatSoft; США). Для описания данных использовали медиану (Ме) и 25–75-й перцентили. Статистическую значимость различий определяли с помощью непараметрического критерия Манна–Уитни. Критический уровень значимости (p) при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведено сравнение данных в группах в зависимости от изменения уровня лимфоцитов в периферической крови после кратковременного общего охлаждения. В группе 1 (n = 52) содержание лимфоцитов снизилось в 1,5–2 раза с 2,1 (1,77; 2,44) × 10⁹ до 1,69 (0,95; 2,16) × 10⁹ кл/л (p < 0,001), в группе 2 (n = 42)  повысилось с 1,49 (1,26; 1,74) × 10⁹ до 2,22 (1,48; 2,61) × 10⁹ кл/л (p < 0,01), в группе 3 (n = 79) не установлено достоверных изменений — 1,88 (1,46; 2,17) × 10⁹ и 1,82 (1,46; 2,56) × 10⁹ кл/л. Формирование адаптивной реакции, связанной со снижением числа лимфоцитов в циркуляции (группа 1) происходит на фоне относительно повышенного уровня кортизола 317,4 (283,5; 732,2) ммоль/л, после общего охлаждения концентрация его в данной группе повышается до верхней границы нормы, т. е. до 606,3 (281,0; 963,2) ммоль/л. Если в ответ на общее охлаждение содержание лимфоцитов в периферической крови повышалось (группа 2) либо не было установлено достоверных различий (группа 3), фоновое содержание кортизола было фактически в 2 раза ниже и не изменялось после холодового воздействия (рис. 1).

Глюкокортикоиды, являясь основными эффекторными молекулами гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси, обеспечивают мобилизацию энергетических субстратов в кровоток. Кортизол может изменять клеточные биоэнергетические функции путем трансактивации или трансрепрессии ядерных и митохондриальных геновмишеней и активации цитозольных сигнальных путей, таким образом влияя на активность митохондрий. В значительной степени продукция АТФ зависит от потребления клетками кислорода через систему окислительного фосфорилирования (OXPHOS), расположенную во внутренней митохондриальной мембране [9–11]. Известно, что кратковременное воздействие кортизола индуцирует митохондриальный биогенез и ферментативную активность отдельных субъединиц OXPHOS, что приводит к более высокой митохондриальной активности, тогда как длительное воздействие высоких доз кортизола приводит к ее снижению, дисфункции системы OXPHOS, увеличению продукции активных форм кислорода и структурным аномалиям [12]. Таким образом, более высокое фоновое содержание кортизола и дальнейшее повышение его концентрации в ответ на холодовое воздействие может ассоциироваться со снижением функциональной активности митохондрий при активизации гликолитической активности. С одной стороны, активизация гликолиза необходима для перепрограммирования лимфоцитов, их быстрой активации. С другой стороны, согласно модели митохондриальной аллостатической нагрузки, функционирование митохондрий может устанавливать пределы способности человека адаптироваться к внешним стрессорам, посредством чего более высокое содержание митохондрий и их функция связаны с повышенным потенциалом адаптивности и биологической устойчивости, в то время как сниженное функционирование митохондрий ограничивает адаптивную способность и открывает пути развития патологий, связанных со стрессом [13]. Нами установлено, что адаптивная реакция на охлаждение, сопровождающаяся снижением числа лимфоцитов в циркуляции на фоне длительного воздействия более высоких концентраций кортизола, ассоциируется с активизацией гликолиза и снижением гликогена в лимфоцитах с 4,01 до 2,83% (p < 0,01), что необходимо для эффективной наработки АТФ при активации иммунокомпетентных клеток. 

Эффекторным медиатором симпатико-адреналовомедуллярной оси является адреналин. Фоновый уровень его не различался во всех трех группах и в группе 1 составил 30,7 (25,7; 43,8) нг/мл, в  группе 2  — 30,0 (29,14; 44,6) нг/мл, в  группе 3 — 32,5 (26,38; 39,0) нг/мл. После кратковременного общего охлаждения у обследованных лиц, для которых установлено повышение содержания лимфоцитов (группа 2), зарегистрировано значимое повышение концентрации адреналина (рис. 2). Для групп 1 и 3 не установлено достоверного изменения концентрации данного катехоламина.

Адреналин  приводит к повышению активности сукцинатдегидрогеназы и ингибированию активности α-кетоглутаратдегидрогеназы в митохондриях лимфоцитов периферической крови [14], снижает окислительное фосфорилирование в митохондриях и вызывает митохондриальную дисфункцию  [15, 16]. Повышение уровня адреналина в группе 2 связано с  отсутствием изменения в лимфоцитах гликогена (соответственно до охлаждения — 3,6, после — 4,8%), что, вероятно, связано со способностью адреналина увеличивать более чем в 2 раза время фосфорилирования АДФ, что значительно снижает скорость синтеза АТФ. 

Стресс-индуцированные изменения под воздействием адреналина и кортизола могут влиять на обмен железа. Косвенным критерием оценки железообеспеченности является уровень ферритина. С одной стороны, это депо железа, с другой стороны — маркер острой фазы воспаления, и повышение уровня ферритина в крови может быть связано с деструкцией тканей при воспалении. Железо обеспечивает эффективную холодовую адаптацию, поддерживает энергетический баланс и термогенез [17]. Оценивая взаимосвязь уровней адреналина, кортизола и  ферритина при различных вариантах реагирования на общее охлаждение, показано, что фоновое содержание ферритина в группах 1 и 2 фактически не различается, в группе 3 регистрируется наиболее низкое его содержание, которое после холодового воздействия значительно повышается в пределах нормативных значений (рис. 3).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Адаптацию к низким температурам обеспечивает взаимодействие иммунной и эндокринной систем. Воздействие внешних факторов по-разному влияет на организм, в зависимости от фонового состояния и способности реагировать, т. е. наличия резервных возможностей организма для формирования срочных и долгосрочных адаптационных реакций. Влияние стрессового фактора приводит к активации надпочечников, секреции адреналина и кортизола, которые могут изменять количество иммунокомпетентных клеток в кровотоке, однако результаты исследований противоречивы, есть данные как о стимулирующем, так и иммуносупрессивном эффекте, механизм такого взаимодействия до конца не ясен [18–21]. Кроме того, важным фактором в реализации адаптивных реакций на гипотермию является наличие достаточного резерва железа. Ферритин, являясь депо железа и регулируя его метаболизм, контролирует целостность и функцию митохондрий в клетках, обеспечивая энергетический и тепловой гомеостаз [22]. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что повышенная фоновая активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси в ответ на общее охлаждение приводит к активизации гликолиза со снижением в циркуляции числа лимфоцитов, что может быть результатом повышения их миграции. В то же время длительное воздействие повышенных концентраций кортизола можно рассматривать как состояние хронического стресса, оказывающее влияние, аналогичное длительной антигенной стимуляции и может способствовать образованию лимфоцитов с признаками репликативного старения [23]. Повышение в циркуляции лимфоцитов после холодового воздействия при активизации симпатико-адреналово-медуллярной оси может быть опосредовано за счет усиления выхода клеток из депо либо изменения соотношения маргинального и циркулирующего пулов лимфоцитов, вызванного вазоконстрикцией. Отсутствие изменений в уровне лимфоцитов при общем охлаждении происходит без значимого изменения концентраций кортизола и адреналина, но со значительным повышением уровня ферритина. Охлаждение способствует деградации тяжелых цепей ферритина, что вызывает ферроптоз, высвобождение свободного железа, индуцирование накопления активных форм кислорода и ингибирование пути глутатион (GSH)-глутатионпероксидазы 4 (GPX4) [24, 25].

ВЫВОДЫ

Установлено, что вариант реагирования на общее охлаждение взаимосвязан с преимущественной активизацией симпатико-адреналовой либо гипоталамогипофизарно-надпочечниковой оси. Низкое фоновое содержание кортизола и адреналина, а также отсутствие изменения их концентрации после общего охлаждения не связано с повышением активности гликолиза лимфоцитов, что, с одной стороны, может свидетельствовать о более стабильном состоянии организма и отсутствии стрессового влияния данной холодовой экспозиции, с другой стороны, повышение уровня ферритина может свидетельствовать о формировании воспалительных процессов. Влияние кортизола и адреналина связано с изменением уровня  клеток в циркуляции, а также с их метаболической активностью. Более высокий фоновый уровень кортизола приводит к активизации гликолиза со снижением гликогена и как следствие дальнейшей интенсивной наработке АТФ, что необходимо для активации иммунокомпетентных клеток. На этом фоне происходит снижение числа лимфоцитов в циркуляции, что может быть связано с перераспределением функционально активных клеток в ткани для обеспечения формирования эффективной иммунной защиты. Адреналин, вероятно, за счет торможения скорости фосфорилирования АДФ, не позволяет в такой короткий срок  (5 мин) обеспечить повышение уровня гликолитической активности лимфоцитов. Увеличение концентрации адреналина в ответ на холодовое воздействие связано с повышением в циркуляции лимфоцитов, так как время воздействия исключает возможность лимфопоэза, данный факт может быть объяснен перераспределением клеток из маргинального слоя в циркулирующий за счет вазоконстрикторного влияния адреналина, либо за счет выхода клеток из депо. Полученные данные дополняют знания о роли нейро-иммуно-эндокринной регуляции при формировании индивидуальной холодовой чувствительности.