6.1. Иммунный гомеостат и его регуляция
Проблема влияния стресса на иммунитет тесно связана с проблемой адаптации организма к постоянно меняющимся условиям среды обитания. Исследования регуляции нормального функционирования и формирования адаптивных реакций иммунной системы, очевидно, не могут быть успешными без анализа естественной периодичности биологических процессов, среди которых наибольший практический интерес представляют суточные ритмы, обусловленные чередованием света и темноты, режимом двигательной активности и питания [14, 307]. Известно, что целый ряд морфофункциональных показателей лимфоидной системы изменяется по типу циркадного ритма, причем эти колебания тесно связаны с суточным ритмом функционирования желез внутренней секреции – гипофиза и надпочечников [97, 135, 159],
т. е. по сути они являются гормональнообусловленными и реализуются, как и ритмы с длинным шагом (сезонные), по стрессорному механизму [17]. Согласно [307], циркадная организация иммунной системы представляет комплекс миграционных, пролиферативных, дифференцировочных и биохимических процессов, связанных метаболическими путями и обладающих эволюционно закрепленными ритмами с высокой степенью консервативности, но находящимися под регулирующим воздействием нейроэндокринной системы [64].
Циркадианная система у высших животных состоит из множества потенциально независимых осцилляторов, которые связаны друг с другом и сопряжены с внешней средой посредством циркадных ритмов в нервной и эндокринной системах [115]. Суточная периодичность функций иммунной системы априори находится под контролем нейроэндокринных осцилляторов, так как в самой системе иммунитета отсутствуют структуры, способные непосредственно воспринимать внешние ритмы чередования света и темноты. Поскольку внешними водителями (экзогенными времязадателями) циркадного ритма иммуногенеза служат такие стрессорные раздражители, как световой, пищевой и двигательный режимы [92], то не исключено, что главным синхронизатором, обеспечивающим восприятие (рецепцию) этих сигналов на организменном уровне, является гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось, которая занимает одно из центральных мест в общей циркадианной системе организма [115]. Такая вероятность вполне очевидна в свете имеющихся данных, что глюкокортикостероиды – основной фактор, лимитирующий иммунитет [52], а эндокринная функция тимуса и оси гипоталамус – гипофиз – надпочечники находятся во взаимосвязи, которая обеспечивает динамику иммунного ответа [304]. Другая эндокринная подсистема, которая могла бы претендовать на роль синхронизатора, – это ось гипоталамус – гипофиз – тимус [384]. С одной стороны, вилочковая железа как центральный орган иммунитета осуществляет специфическую регуляцию иммунных функций, а с другой – как эндокринный орган является неотъемлемой частью нейроэндокринной системы, где все железы внутренней секреции функционально взаимосвязаны. Таким образом, тимус может быть внутрисистемным синхронизатором, т. е. осциллятором второго порядка, передающим ритм центрального осциллятора функциям периферических структур иммунной системы [92].
Согласно сценарию [10], «реализация циркадных биоритмов иммунной системы предполагает следующую последовательность лимфоэндокринных взаимодействий в суточном цикле. В гипоталамусе как центральном осцилляторе нейроэндокринных функций формируется циркадный ритм рилизинг-факторов для тропных гормонов гипофиза. Этот ритм синхронизируется с суточным циклом внешними водителями (времязадателями), например чередованием света и темноты [106]. В период окончания физической активности (у крыс и мышей предрассветные и утренние часы суток) гипофиз продуцирует максимальное количество соматотропного и тиреотропного гормонов [440]. Повышается образование гормонов щитовидной железы, которые стимулируют эндокринную функцию тимуса [166]. Соматотропный гормон стимулирует пролиферацию тимоцитов, пик которой отмечается в утренние часы [180, 331]. Рост концентрации гормональных факторов тимуса стимулирует дифференцировку лимфоцитов, их рециркуляцию и миграцию. Увеличение уровня тимозина в крови, а затем и в структурах головного мозга стимулирует образование рилизинг-факторов для АКТГ в гипоталамусе и запускает функцию оси гипоталамус – гипофиз – надпочечники [304].
Во второй половине светового периода начинается усиленное продуцирование глюкокортикостероидов, стимулирующих миграцию лимфоцитов из тимуса. Активность миграции увеличивается во второй половине светового периода, достигает максимума в первой половине темнового периода, а к утру снижается. Это снижение может быть связано с предыдущим пиком концентрации глюкокортикоидных гормонов в плазме крови и минимумом продуцирования тимозина в конце светового периода. Повышение концентрации глюкокортикостероидов по принципу обратной связи тормозит секрецию АКТГ гипофизом, что приводит к снижению стероидогенеза в коре надпочечников во второй половине темнового периода, который совпадает с окончанием физической активности животных.
Миграция Т-лимфоцитов из тимуса и их расселение заканчиваются, чему способствует гормональный фон: минимальное содержание тимусных факторов и понижающийся уровень глюкокортикостероидов, находящихся в прямой коррелятивной связи с признаками миграции из тимуса. В предутренние часы усиливается образование рилизинг-факторов для тиреотропного и соматотропного гормонов в гипоталамусе и соответственно образование этих гормонов в гипофизе. В тимусе активируются пролиферативные процессы и гормонообразование и цикл повторяется снова [10]. Данный сценарий подчеркивает важную роль тимуса в оформлении хронобиологической структуры иммунитета эндокринной системой организма в составе гипоталамо-гипофизарно-тимусной оси, контролирующей продукцию гормонов и трансмиттеров, регулирующих иммунные функции [384].
Кроме того, тимус функционирует как лимфопоэтический орган, в котором происходят размножение и дифференцировка Т-лимфоцитов с последующей эмиграцией их на периферию, что несомненно оказывает влияние на временную организацию перераспределения клеточных элементов лимфоидной системы. Показано, что суточные ритмы лимфоцитоза периферической крови у человека обусловлены колебаниями Т-лимфоцитов, отражающими динамику тимусного лимфопоэза [197]. У мышей около 70 % лимфоцитов периферической крови представлено Т-клетками [325], суточный ритм лимфоцитоза крови находится в противофазе к ритму цитоза тимуса, пик лимфоцитоза крови и минимум клеточности тимуса в суточном цикле наступают после максимума митотической активности клеточных элементов вилочковой железы [331]. Это означает, что у мышей, как и у человека, суточная динамика лимфоцитоза периферической крови отражает последовательность процессов пролиферации и выселения клеток из центрального органа иммунитета.
Для модуляции суточных ритмов метаболической активности лимфоцитов может иметь значение функция тимуса как эндокринной железы, продуцирующей факторы, необходимые для созревания и дифференцировки Т-клеток как в самом органе, так и на периферии [191]. Гуморальные факторы тимуса (тимозин, тимарин, Т-ак-тивин и др.) синтезируются в клетках ретикулярного эпителия вилочковой железы и представляют собой полипептиды с характеристиками гормонов [351]. Как и большинство полипептидных гормонов, тимусные факторы действуют на клетки-мишени через стимуляцию
биосинтеза цАМФ в аденилатциклазной реакции [425], с последующей активацией цАМФ-зависимых протеин-киназ, катализирующих фосфорилирование ядерных и мембранных белков, а также ряда ферментов, лимитирующих дифференцировку и созревание лимфоцитов, включая экспрессию генетической информации, модуляцию функции мембран и ферментных ансамблей [43, 179]. Генерация гормонов тимуса осуществляется по типу суточного ритма, находящегося почти в противофазе к ритму секреции кортикостероидов [359].
Поэтому не исключено, что утренне-дневное повышение уровня лимфоцитов в крови интактных мышей, главным образом за счет АЦ++-фракции (лимфоциты с высокой активностью аденилатциклазы), связано с максимальной продукцией в этот период гормональных факторов тимуса [92], которые, стимулируя дифференцировку периферических Т-клеток, действуют через систему аденилатциклаза-цАМФ [425]. Очевидно, пермиссивный вклад в этот эффект дает и анафаза циркадного ритма глюкокортикостероидов, поскольку чувствительность Т-лимфоцитов к тимозину находится в обратной зависимости от уровня гормонов коры надпочечников в плазме крови [191], минимум которых у крыс и мышей наблюдается именно в утренние и дневные часы [359]. Показаны обратные взаимоотношения в суточных колебаниях количества Т-лимфоцитов в периферической крови и уровня кортизола в плазме у людей [362]. Наличие функциональной связи между этими биоритмами подтверждается опытами с удалением гипофиза или надпочечников у лабораторных животных и исследованием ритмов лимфоцитоза у больных с надпочечниковой недостаточностью, зафиксировавших исчезновение или сглаживание суточных колебаний содержания лимфоидных клеток в крови во всех случаях гипофункции гипофизадреналовой системы [114, 242, 310, 421].
Следовательно, можно сделать вывод, что циркадные осцилляции лимфоцитоза в периферической крови – это стрессобусловленные колебания, а глюкокортикостероиды как эффекторные гормоны стрессреализующей системы (гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось) являются их непосредственными модуляторами. Значимость гормонов коры надпочечников как эндогенных регуляторов суточного ритма количества лимфоцитов в крови подчеркивает факт его инверсии под влиянием 7—10-дневного введения гидрокортизона в середине периода дневного сна животных, когда концентрация кортикостерона в крови у мышей минимальна [92]. Стрессорный характер сдвигов документируется данными литературы [31] и результатами наших опытов, свидетельствующих о том, что уровень лимфопении в крови крыс при иммобилизационном стрессе зеркально отражает содержание в плазме 11-оксикортикостероидов (рис. II-19, рис. II-21). А из факта, что гипофизэктомия [31] и адреналэктомия (рис. II-21) предотвращают развитие лимфопении в крови животных при воспроизведении иммобилизационного стресса, следует, что уровень лимфоцитоза – это функция концентрации стероидных гормонов в крови.
Данная констатация означает, что стрессорные гормоны (глюкокортикостероиды) действительно могут быть лимитирующими факторами в синхронизации хронобиологической структуры иммунного гомеостаза. Возможно, что фазовые взаимоотношения ритмов иммунной и эндокринной систем определяют суточные колебания иммунного статуса. Суточный ритм иммунного ответа у людей (по тесту кожной чувствительности к антигену) находится в противофазе к ритму экскреции кортизола с мочой [92]. Исследование соотношения суточных колебаний силы иммунного ответа на эритроциты барана и циркадных ритмов стероидогенеза у мышей показало, что максимальная генерация антителообразующих клеток в селезенке возникала в том случае, если антиген вводился днем, т. е. на минимальном уровне кортикостерона в плазме крови. Из сопоставления различных комбинаций показателей клеточного фона, концентрации кортикостерона в плазме крови и уровня иммунного ответа было выяснено, что его сила (амплитуда) находится в обратной связи с отношением лимфоцитоза периферической крови к количеству клеток в тимусе и напряженности гормонального фона. Высокий иммунный ответ в 100 % случаев наблюдался при иммунизации животных на низком фоне эндогенных кортикостероидов и высоком отношении лимфоцитов крови к количеству клеток в тимусе [10]. Судя по всему, иммунная система эффективно реагирует на антиген, если он применяется во время активной миграции клеток из тимуса.
Согласно [92], высокая отвечаемость иммунной системы на антигенный раздражитель, применяемый на низком фоне глюкокортикоидных гормонов, связана не столько с отсутствием иммунодепрессивного действия последних, сколько с поддержанием «оптимальной» регулируемой лимфоэндокринной ситуации, характеризующейся интенсивной миграцией и рециркуляцией клеток с высокой активностью метаболических процессов. Свой вклад в реализацию высокого иммунного ответа в принятых условиях, очевидно, вносит и повышенная концентрация в крови гормональных факторов тимуса, поскольку анафазе в суточном ритме глюкокортикоидов всегда соответствует акрофаза циркадного ритма тимозина [359].
Таким образом, иммунный гомеостат – это структурно-временная организация иммунной системы организма, представленная комплексом биоритмов пролиферации, дифференцировки, миграции, метаболизма и гибели иммунокомпетентных клеток, находящихся между собой в определенных фазовых взаимоотношениях, регулируемых стрессгормонами. Динамический баланс лимфоэндокринного взаимодействия, очевидно, обеспечивает оптимальный уровень функционирования иммунной системы в каждый момент времени. С фазовым соотношением биологических ритмов организма связан феномен неодинаковой чувствительности системы к иммуномодуляторам. Один и тот же биологически активный фактор может оказывать разной степени выраженный (иногда даже противоположный) эффект в зависимости от фазы биологического ритма, во время которого он применяется [158, 200, 334].
Считается, что явления хроностезии и хроноэффективности связаны не только с ритмами продукции эндогенных регуляторных факторов, в результате чего при введении их извне создается различная конечная концентрация вещества в организме, но и с ритмами экспрессии рецепторов к ним на иммунокомпетентных клетках и состоянием метаболизма этих клеток [200], которые также лимитируются глюкокортикостероидами [77]. Синхронизирующее (регуляторное) влияние стрессреализующей системы на функциональное состояние всех звеньев иммунного гомеостата обеспечивает временную адаптацию иммунной системы к периодическим раздражениям, т. е. к циркадному ритму чередования внешних сигнальных факторов (световой, пищевой, двигательный режимы). Нарушение временной структуры лимфоэндокринных взаимоотношений при хроническом истощающем стрессе ведет к нарушению механизмов адаптации, снижению общей резистентности организма и активации иммунопатологических процессов – развитию вторичных иммунодефицитов и сепсиса. Отсюда ясна тактика корригирующих лечебных мероприятий – это не только компенсация дефицита эндогенных иммуномодуляторов их дополнительным введением, но и нивелирование эндогенного гиперкортицизма с помощью антистрессорных средств.
