Адаптационные процессы в системе иммунитета человека при воздействии факторов космического полета

Необходимо отметить разную степень выраженности эффекта активации цитотоксической активности в условиях микрогравитации у различных доноров. В ряде случаев отмечалось лишь незначительное повышение данного показателя от 2,5 до 25,8% у четырех обследуемых доноров. В то же время в остальных шести случаях наблюдалось довольно существенное повышение цитотоксического индекса в условиях космического полета по сравнению с наземным контролем (от 53,3% до 171,7%), что может свидетельствовать о весьма широких индивидуальных особенностях клеток - ЕК, различных доноров.

Таким образом, проведенные исследования позволили получить ответ на принципиально важный вопрос: возможен ли контакт между лимфоцитом-естественным киллером и клеткой-мишенью в условиях микрогравитации. Установлено, что фактор микрогравитации не оказывал угнетающего влияния на функцию лимфоцитов-ЕК, более того, в половине полетных экспериментов наблюдалось даже существенная активация

Таблица 3

Цитотоксическая активность лимфоцитов, выделенных из периферической крови здоровых доноров при совместном культивировании с опухолевыми миелобластами линии К-562 в условиях микрогравитации

функциональной активности ЕК. Полученные данные свидетельствуют о возможности проведения мониторинга функционального состояния ЕК, а разработанная методика и специальная укладка («Фибробласт-1») могут явиться прообразом новой методологии.

2.3. Влияние факторов космического полета на систему адаптивного иммунитета

В-звено адаптивного иммунитета. Результаты исследований количественных характеристик В-лимфоцитов показали, что по усредненным данным на 1-е сутки после завершения как коротких, так и длительных экспедиций наблюдалось не только увеличение абсолютного и относительного CD19⁺- и CD20⁺-клеток, но и клеток, имеющих фенотип CD23⁺ (табл. 4). Одновременно с этим определение активационного потенциала В-клеток в нагрузочном тесте с адекватным митогеном (митоген лаконоса) позволил выявить повышение содержания CD19⁺-лимфоцитов, экспрессирующих ранний маркер активации CD69. В частности, анализ индивидуальных данных выявил повышение этого показателя на 26,6-166,6% по сравнению с предполетными величинами более чем у половины обследованных. В то же время уровень иммуноглобулинов классов А, М и G в сыворотке крови космонавтов существенно не изменялся.

Т-звено адаптивного иммунитета. Результаты исследований функциональной полноценности Т-клеточного звена адаптивной иммунной системы членов экипажей длительных экспедиций на МКС (125 - 215 суток) показали, что в раннем периоде реадаптации к условиям Земли в 65% наблюдений отмечалось угнетение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 4

Показатели В-звена иммунитета у космонавтов до и после космических полетов на МКС (М?m; медиана; нижний - 25% и верхний -75%, квартили)

* -Достоверное различие с фоном (р<0,05)

Таблица 5

Показатели субпопуляционного состава Т-лимфоцитов периферической крови космонавтов до и после космических полетов на МКС (М±m; медиана; нижний - 25% и верхний -75%, квартили )

* -Достоверное различие с фоном (р<0,05).

Размещено на http://www.allbest.ru/

пролиферативного ответа Т-лимфоцитов на ФГА в культуре клеток in vitro на 14-55% от исходного уровня. В то же время анализ фактического материала, полученного при определении фенотипических характеристик этой популяции клеток (табл. 5), выявил в послеполетном периоде повышение относительного и абсолютного содержания в периферической крови Т-лимфоцитов (CD3⁺-клеток). Исследование уровня двух основных субпопуляциий Т-лимфоцитов - CD4⁺- и CD8⁺-Т-клеток показало, что в раннем периоде реадаптации к земным условиям относительное содержание Т-клеток, имеющих рецептор CD8, либо не изменялось, либо незначительно снижалось по сравнению с предполетным уровнем. Однако их абсолютное содержание значительно возрастало вследствие увеличения общего количества лейкоцитов в крови. При этом наблюдалось увеличение относительного и абсолютного содержания CD4⁺-Т-клеток в периферической крови, связанное, вероятно, со сдвигом равновесия системы в сторону интенсификации образования факторов, стимулирующих иммунные реакции. Анализ содержания в периферической крови «наивных» CD4⁺-Т-клеток (CD4⁺CD45RA⁺) и CD4⁺-Т-клеток памяти (CD4⁺CD45RО⁺) позволил отметить, что на 1-е сутки после возвращения на Землю, наблюдалось увеличение относительного и абсолютного содержания CD4⁺CD45RО⁺-клеток.

При изучении экспрессии активационных маркеров лимфоцитов (как ранних, так и поздних) после завершения длительных полетов на МКС в раннем периоде реадаптации не было отмечено статистически достоверных изменений относительного и абсолютного содержания в периферической крови Т-клеток, экспрессирующих активационный маркер CD25 (табл. 5). Однако у части обследованных космонавтов наблюдалась выраженная тенденция к увеличению содержания Т-лимфоцитов, имеющих рецептор CD25. Привлекает внимание следующая деталь: у всех обследованных, у которых наблюдалось повышение в периферической крови уровня CD25⁺-лимфоцитов, было выявлено подавление способности лимфоцитов к пролиферации в ответ на стимуляцию ФГА. Складывается впечатление, что одним из важных факторов нарушения Т-звена иммунитета у космонавтов после длительных космических полетов является усиление экспрессии рецептора CD25 на Т-лимфоцитах, отражающее состояние активации иммунной системы in vivo. В то же время у большинства обследованных в этот период космонавтов содержание Т-лимфоцитов, несущих активационный маркер HLA-DR, а также маркер-рецептор для Fas-зависимого апоптоза CD95, существенно не отличалось от предполетного уровня.

Развитие пролиферативного ответа Т-клетками во многом определяется способностью лимфоцитов к активации. В связи с этим исследование функционального состояния Т-лимфоцитов было дополнено анализом экспрессии раннего активационного маркера CD69 на CD3⁺-Т-лимфоцитах в 18-часовых культурах нестимулированных и стимулированных ФГА мононуклеарных клеток. Анализ состояния двух важных компонентов жизненного цикла Т-клеток - процессов активации и пролиферации, позволил выявить основные типы реакции Т-звена иммунитета на условия длительного космического полета: снижение способности Т-лимфоцитов к пролиферации со снижением их способности к активации, свидетельствующее о нарушениях в системе иммунитета на уровне процессов активации; снижение способности Т-лимфоцитов к пролиферации с сохранением или увеличением их способности к активации, свидетельствующее о нарушениях в системе иммунитета на уровне процессов пролиферации (рис. 6).

Рис. 6 Показатели активации и пролиферации Т-клеточного звена иммунитета у космонавтов после завершения длительных космических полетов (% от предполетного уровня, индивидуальные данные): А - содержание T-лимфоцитов, экспрессирующих ранний маркер активации CD69 в 18-часовых культурах клеток периферической крови в присутствии ФГА; Б - содержание T-лимфоцитов, экспрессирующих маркер активации CD25 в 48-часовых культурах клеток периферической крови в присутствии ФГА; В - пролиферативная активность Т-лимфоцитов в 48-часовых культурах клеток периферической крови в присутствии ФГА

По оси ординат - процентное отклонение показателей от фона; вверх от оси абсцисс - повышение показателя; вниз от оси абсцисс - снижение показателя.

Исследование апоптоза иммунокомпетентных клеток космонавтов в до- и послеполетном периоде показало, что после длительного пребывания на борту МКС повышение уровня апоптотических клеток в стимулированных клеточных культурах и снижение ФГА-индуцированной пролиферативной активности, отмечена только у одного из пяти обследованных космонавтов (рис. 7). В то же время у двух космонавтов выявлено однонаправленные изменения этих показателей. Эти данные позволяют предположить, что в отдаленном периоде адаптации к условиям микрогравитации угнетение функциональной активности иммунокомпетентных клеток может быть обусловлено не только повышенным апоптозом, но в значительной степени функциональной неполноценностью не вовлеченных в апоптоз лимфоцитов.

Рис. 7 Ранний апоптоз и пролиферативная активность Т-лимфоцитов периферической крови космонавтов в нестимулированных и стимулированных ФГА 48-ч культурах клеток in vitro на 1-е сутки после завершения длительных космических полетов на МКС (% от предполетного уровня, индивидуальные данные)

Анализ продукции Th1- и Th2-цитокинов (ФНОб, ИФН?, ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10) и пролиферативной активности Т-лимфоцитов в ответ на адекватную митогенную стимуляцию у членов экипажей длительных экспедиций на МКС позволил отметить, что в раннем периоде реадаптации после завершения полетов продолжительностью 137-191 суток у большинства космонавтов со сниженной пролиферативной активностью наблюдалось повышение способности лимфоцитов к синтезу ИЛ-2 в ответ на стимуляцию ФГА. Учитывая тот факт, что функция ИЛ-2, продуцируемого активированными Т-клетками, состоит в поддержании пролиферации Т-лимфоцитов, активации В-лимфоцитов и ЕК-клеток, выявленные изменения функциональной активности Т-лимфоцитов можно расценивать, как низкую способность клеток отвечать на эндогенные активационные сигналы. Это дает основание предположить, что снижение пролиферативной активности Т-лимфоцитов космонавтов в периоде послеполетной реадаптации определялось не недостатком ИЛ-2, а могло быть связано с таким фактором как увеличение в популяции Т-лимфоцитов клеток, которые не могут пройти весь цикл активации под влиянием митогенов. В то же время практически у всех обследованных космонавтов на 1-е сутки послеполетного периода было отмечено усиление продукции ИЛ-10, что сопровождалось изменением направленности иммунного ответа с переключением его с Th1- на Th2-зависимый, т.е. происходит переход клеточного иммунитета в гуморальный. Возможно, формируемый Th2-цитокинами иммуномедиаторный фон может оказывать негативное влияние на протекторные функции иммунокомпетентных клеток-эффекторов Th1-ответа. Нельзя также исключить, что увеличение продукции ИЛ-10, отражает накопление регуляторных Т-клеток с супрессорной активностью (Tr1).

При изучении регуляторных CD4⁺-Т-клеток с высокой экспрессией на их поверхности цепи рецептора ИЛ-2 (CD4⁺CD25^+bright) в периферической крови космонавтов после завершения длительных полетов на МКС было отмечено, что на 1-е сутки после приземления у 74% обследованных космонавтов наблюдалось повышение содержания в периферической крови CD4⁺CD25^+bright-клеток. Однако уже на 7-е сутки периода реадаптации этот показатель не отличался от предполетных значений. При этом на 1-е сутки после возвращения космонавтов на Землю между содержанием CD4⁺CD25^+bright -клеток и пролиферативной активностью Т-лимфоцитов выявлены разнонаправленные изменения этих показателей (рис. 8).

Рис. 8 Пролиферативная активность Т-лимфоцитов и процент CD4⁺CD25^+bright -лимфоцитов в периферической крови космонавтов после длительных космических полетов на МКС (% от предполетного уровня)

На основании этих данных можно высказать предположение, что одним из механизмов снижения Т-клеточной пролиферации, наблюдаемой у космонавтов после длительного пребывания в условиях орбитального полета, является накопление пула естественных регуляторных Т-клеток.

Исследования, выполнение после завершения кратковременных полетов продолжительностью 8-10 суток на МКС, показали, что у большинства обследованных космонавтов отмечался ряд признаков активной мобилизации механизмов Т-клеточного звена адаптивного иммунитета, в частности, в 71% наблюдений было выявлено повышение пролиферативной активности Т-лимфоцитов.

Кроме того, при рассмотрении особенности острого периода адаптации к условиям космического полета обращают на себя внимание два следующих наблюдения. Во-первых, на первые сутки после приземления ни у одного из обследованных космонавтов не наблюдалось увеличения относительного и абсолютного содержания в периферической крови CD4⁺CD25^+bright -клеток, ассоциирующихся с появлением супрессорной активности мононуклеарных клеток (табл. 5). Во-вторых, при исследовании ФГА-индуцированной продукции цитокинов Т-лимфоцитами периферической крови космонавтов на 1-е сутки после завершения кратковременных космических полетов, несмотря на то, что также как и после завершения длительных космических полетов на МКС, наблюдались изменения как в сторону повышения, так и снижения содержания ИЛ-1b, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10, ИЛ-12р70, ИФНg, ФНОa и ФНОb в супернатантах в 48-часовых культурах клеток, однако определение показателя, выражающего баланс клеточных и гуморальных иммунных реакций, позволило выявить, что для кратковременных полетов, в отличие от длительных экспедиций, было характерно не снижение, а повышение соотношения ИФНг/ИЛ-10 и смещение баланса в сторону Тh1-ответа. Эти данные наглядно демонстрируют существенные различия в реагировании иммунокомпетентных клеток периферической крови космонавтов после длительных и коротких космических полетов. Можно предположить, что пребывание в условиях космического полета существенным образом меняет функциональную структуру иммунной системы, сдвигая баланс Th1/Th2 сначала в сторону Th1, а в более отдаленные сроки - в сторону Th2, т.е. на ранних периодах воздействия микрогравитации адаптация иммунной системы осуществляется за счет функциональных резервов Т-клеточного звена адаптивного иммунитета, однако при длительном воздействии на организм факторов космического полета процесс адаптации реализуется за счет функциональных резервов В-клеточного звена адаптивного иммунитета.

Таким образом, использование функционального подхода к оценке адаптивного иммунитета позволило установить, что для поддержания гомеостаза в условиях длительного воздействия на организм человека комплекса факторов космического полета требуется высокая степень напряжения клеточных факторов этого звена иммунной системы. Это означает, что такая важная регуляторная система, как иммунная, для сохранения гомеостаза должна обладать определенными функциональными резервами. Анализ результатов исследований функциональных резервов В- и Т-клеток в ряде нагрузочных тестов с митогенами позволил выявить ряд признаков активной мобилизации механизмов адаптивного иммунитета - повышение способности иммунокомпетентных клеток к активации и продукции цитокинов в ответ на адекватную митогенную стимуляцию, свидетельствующих о том, что произошел переход функциональной активности иммунокомпетентной клетки на новый уровень, соответствующий условиям космических экспедиций. Однако у некоторых из обследованных космонавтов после завершения длительных космических полетов отмечалось значительное уменьшение активационного потенциала и цитокинпродуцирующей способности Т-лимфоцитов, указывающие на перенапряжение и истощение иммунной системы.

3. Особенности баланса иммунной системы при воздействии факторов космического полета

Иммунная система включает в себя многочисленные компоненты, обладающие разными функциями и степенью специфичности к чужеродному, но в целостной иммунной системе они работают как неразрывное сбалансированное единое целое. Очевидно, что между самыми разнообразными показателями, характеризующими различные компоненты иммунной системы, имеются многочисленные статистически выявляемые взаимосвязи как положительные, так и отрицательные [Лебедев К.А., Понякина И.Д., 1989; 1991]. Поэтому в основу изучения системы иммунитета при воздействии на организм человека факторов космического полета с позиции целостного восприятия ее функционирования было положено исследование взаимодействия изученных показателей методом корреляционного анализа.

Использование комплексного подхода при изучении реакций системы иммунитета в раннем периоде адаптации к условиям моделируемой микрогравитации позволило установить, что общее количество достоверных взаимосвязей (р<0,05) между изученными показателями врожденного и адаптивного иммунитета, как на заключительной стадии пребывания в условиях 5-ти, так и 7-ми суточной СИ существенно не отличалось от фоновых значений (рис. 9). Не менее важно, что соотношение между прямыми и обратными связями также практически полностью соответствовало аналогичному показателю, полученному в фоновом периоде. В фоновом периоде и на заключительном этапе пребывания в условиях 5-ти суточной СИ оно составляло соответственно, 1,2 и 1,1, а в фоновом периоде и на заключительном этапе пребывания в условиях 7-ми суточной СИ - 0,96 и 0,98. Эти данные свидетельствуют о сбалансированном функционировании иммунной системы.

Рис. 9 Уровень сопряженности параметров системы иммунитета лиц, находившихся в условиях СИ (процент от фоновых значений)

При анализе характера взаимосвязей изученных показателей, характеризующих состояние системы иммунитета лиц, находившихся в условиях 120-суточной АНОГ, было выявлено значительное увеличение общей связанности всего изученного фрагмента системы, выражавшееся в повышении общего количества взаимосвязей и увеличении соотношения между прямыми и обратными связями к концу эксперимента (рис. 10).

Рис. 10 Уровень сопряженности параметров системы иммунитета лиц, находившихся в условиях 120-суточной АНОГ: А - уровень сопряженности параметров системы иммунитета и Б - соотношение между прямыми и обратными связями (процент от фоновых значений)

Эти изменения свидетельствуют, с одной стороны, о значительном повышении интегративной кооперации функционирования компонентов иммунной системы, т.е. ее напряженности по сравнению с предэкспериментальным уровнем, а, с другой стороны, о снижении возможностей иммунной системы к поддержанию состояния устойчивого равновесия с помощью обратных связей. Спад связанности параметров и преобладание прямых положительных связей, наблюдаемое на 10-е сутки восстановительного периода после завершения АНОГ, можно расценить как срыв эффективной работы и определенную «потерю» саморегуляции иммунной системы после длительного напряжения, связанного с пребыванием в непривычных условиях среды обитания.

Результаты исследования уровня сопряженности параметров системы иммунитета испытателей-добровольцев, находившихся в течение 520-суток в условиях изоляции в замкнутом гермообъекте с искусственной средой обитания показали, что начиная с четвертого месяца пребывания в условиях изоляции наблюдалось снижение количества сочетаний, в которых параметры достоверно (р?0,05) взаимосвязаны (независимо от направления связей) в изученном фрагменте, состоящем из 528 сочетаний, включавших 32 параметра (рис. 11). Необходимо отметить, что снижение корреляционных взаимосвязей на протяжении всего периода пребывания в условиях изоляции происходило в основном за счет снижения количества взаимосвязей в звене врожденного иммунитета, а на заключительном этапе - и за счет снижения количества взаимосвязей между компонентами врожденного и адаптивного звеньев иммунной системы, что еще раз свидетельствуют о неразрывной связи компонентов врожденного и адаптивного иммунитета. В тоже время, в лимфоцитарном звене адаптивного иммунитета, начиная с шестого месяца, количество связей не только не снижалось, но даже несколько повышалось. Поскольку величина связанности компонентов отражает степень напряженности системы, то повышение связанности можно расценивать как наличие "синдрома напряженности" адаптивного звена системы иммунитета. Складывается впечатление, что отсутствие значительных сдвигов ряда иммунологических показателей, характеризующих содержание в периферической крови клеточных факторов адаптивного иммунитета, во время экспериментального воздействия еще не указывает на то, что этот компартмент иммунной системы не претерпевал существенных изменений. По-видимому, эти изменения были достаточно интенсивны, но проявлялись они в основном на другом уровне - уровне системных взаимоотношений компонентов иммунной системы.

Рис. 11 Уровень сопряженности параметров системы иммунитета лиц, находившихся в течение 520-суток в условиях изоляции в замкнутом гермообъекте с искусственной средой обитания: по оси ординат - количество достоверных (рЈ0.05) корреляций между изученными параметрами иммунной системы: I - клеточными факторми адаптивного иммунитета; II - клеточными факторами адаптивного и врожденного иммунитета; III - клеточными факторами врожденного иммунитета; IV - всеми изученными показателями системы иммунитета

Результаты исследований сопряженности параметров иммунитета у членов экипажей МКС показали, что на первые сутки после завершения коротких космических полетов наблюдалось повышение количества сочетаний, в которых параметры достоверно (р?0,05) взаимосвязаны (независимо от направления связей), причем это увеличение происходило как между различными субпопуляциями лимфоцитов (В-, Т- и ЕК-клетками), так и относительным содержанием в периферической крови В- и Т-лимфоцитов с их функциональной активностью (рис. 12). При этом изменялась и направленность корреляционных связей в сторону уменьшения соотношения между прямыми и обратными связями (в 1,6 раза по сравнению с предполетным уровнем).

В то же время на первые сутки после завершения длительных космических полетов не наблюдалось значительных отличий количества корреляционных связей между субпопуляциями В-, Т- и ЕК-лимфоцитами по сравнению с предполетным уровнем (рис. 12). Однако в раннем периоде реадаптации к земным условиям было выявлено ослабление связанности относительного содержания В- и Т- клеток в периферической крови с показателями, характеризующими их спонтанную и митогениндуцированную функциональную активность. Кроме того, через неделю после приземления наблюдалось также снижение количества взаимосвязей между клеточными факторами врожденного и адаптивного звеньев иммунной системы. Не менее важно, что направленность выявленных связей имела выраженную тенденцию к увеличению соотношения между прямыми и обратными связями (в 1,2 и 1,5 раза по сравнению с предполетным показателем на 1-е и 7-е сутки после приземления, соответственно).

Рис. 12 Уровень сопряженности параметров системы иммунитета космогавтов. (процент от предполетного уровня): по оси ординат - количество достоверных (рЈ0.05) корреляций между изученными параметрами иммунной системы: I - субпопуляциями лимфоцитов (Т-, В- и ЕК-клетками); II - субпопуляциями Т-, В-лимфоцитов и показателями, характеризующими их функциональную активность; III - субпопуляциями ЕК-лимфоцитов и показателями, характеризующими их функциональную активность

Завершающий этап полета является не только ответственным, трудным и эмоционально напряженным этапом, но и первым серьезным испытанием для человека после предшествующего пребывания его в микрогравитации, когда при действии перегрузок спуска определяются резервные возможности и «слабые места» организма [Котовская А.Р., 2008]. Поэтому, для успешной адаптации системы иммунитета космонавтов к комплексу факторов этого этапа полета система иммунитета должна обладать определенными функциональными резервами. Отмеченное после завершения кратковременных космических полетов повышение общей связанности параметров, свидетельствует о наличии достаточных функциональных резервов, необходимых для развития адекватных адаптационно-компенсаторных реакций этой гомеостатической системы организма, причем их формирование построено на физиологически оптимальном преобладании отрицательных обратных зависимостей. Спад связанности параметров и преобладание прямых положительных связей, наблюдаемый после возвращения на Землю космонавтов, совершивших длительные космические полеты, можно расценить как срыв эффективной работы и определенную «потерю» саморегуляции иммунной системы после длительного напряжения, связанного с пребыванием на борту космических объектов.

Таким образом, проведенные исследования показали, что кратковременное воздействие факторов космического полета ведет к активизации работы иммунной системы, тогда как длительное воздействие этих факторов приводит к длительному напряжению, а в дальнейшем и к перенапряжению и истощению функциональных резервов этой регуляторной системы.

Обобщая результаты исследований системы иммунитета космонавтов после завершения длительных космических полетов на МКС, следует отметить, что механизмы адаптационной перестройки системы иммунитета человека в ответ на комплексное воздействие факторов космического полета закономерно приводят к изменению параметров, характеризующих состояние врожденного и адаптивного иммунитета. Анализ характера изменений иммунологической реактивности, выявляемых в периоде ранней реадаптации к земным условиям после завершения длительных космических полетов, позволяет выдвинуть концепцию о развитии в условиях адаптации к комплексу факторов длительной космической миссии «синдрома напряженности» иммунной системы. Эта концепция основана на представлении о том, что адаптация иммунной системы к изменениям воздействий внешней среды сопровождается общей, системной реакцией антигенно-структурного гомеостаза, направленной на сохранение структурной целостности и гено- и фенотипической индивидуальности организма. В этом понимании сутью предлагаемой концепции является следующее: при длительном воздействии на организм здорового человека экстремальных факторов космического полета происходит перестройка уровня функционирования иммунной системы, уровень соответствующий новым условиям окружающей среды. Комплекс признаков этой приспособительной по своей сути реакции (изменения субпопуляционного состава клеточных факторов врожденного и адаптивного иммунитета и их функциональной активности) свидетельствует о том, что для такой перестройки требуется мобилизация функциональных ресурсов, достигающаяся за счет напряжения этой регуляторной системы. Но длительное напряжение иммунной системы может приводить к истощению резервных возможностей этой гомеостатической системы и возникновению риска развития вторичного иммунодефицитного состояния. Следовательно, для обеспечения компенсаторно-адаптационных реакций организма на всех этапах длительной космической экспедиции иммунная система космонавтов должна обладать достаточными функциональными резервами.

4. Оценка эффективности средств профилактики и коррекции неблагоприятного воздействия факторов космического полета на систему иммунитета

4.1. Оценка влияния длительных физических тренировок на систему иммунитета Поддержание хорошего состояния здоровья и достаточной работоспособности космонавтов в длительных космических полетах достигается целым комплексом мероприятий, который включает: создание достаточного комфорта на орбитальных станциях; рациональный режим труда и отдыха с адекватным по продолжительности сном; обеспечение полноценным питанием; выполнение физических тренировок; использование ряда пассивных физических средств воздействия, средств, направленных на воспроизведение в невесомости и при действии перегрузок распределения жидких сред близкого к земному, водно-солевых добавок, способствующих задержанию жидкости в организме, и фармакологических препаратов, купирующих симптомы венозного переполнения сосудов головы и космической болезни движения [Газенко О.Г., 1990; Григорьев А.И. и соавт., 1987; Козловская И.Б., Пестов И.Д., Егоров А.Д., 2008; Козловская И.Б., Ярманова Е.Н., Фомина Е.В., 2013]. Ключевым элементом российской системы профилактики являются физические упражнения, обеспечивающие необходимую нагрузку на скелетно-мышечную и сердечно-сосудистые системы и способствующие сохранению постуральной и локомоторной функций. В настоящее время физические тренировки в ходе полетов осуществляются с использованием тренажеров - беговая дорожка, велотренажер, резистивные тренажеры. Чтобы оценить, какое влияние на состояние системы иммунитета могут оказывать выполняющиеся в течение 2 месяцев физические тренировки, было проведено исследование особенностей функционирования иммунной системы молодых здоровых мужчин при различных вариантах физических нагрузок, разработанных в ГНЦ РФ ИМБП РАН под руководством профессора О.Л. Виноградовой.

При изучении эффектов силовых тренировок на систему иммунитета установлено, что после завершения 8-9-недельных циклов тренировок на силовом тренажере типа “HUMMER” по схеме классической силовой тренировки с нагрузкой 80-85% от максимальной произвольной силы и по схеме низкоинтенсивной силовой тренировки мышц с неполным расслаблением с нагрузкой 50% от максимальной произвольной силы наблюдалось признаки активации иммунной системы: увеличение содержания лимфоцитов с фенотипом CD19⁺CD23⁺, СD3⁺СD25⁺ и CD4⁺CD45RA⁺ в периферической крови; увеличение содержания в культурах клеток in vitro Т-, В-, ЕК-лимфоцитов, экспрессирующих в ответ на адекватный стимул (ФГА, МЛ, ИЛ-2, соответственно) ранний активационный маркер CD69, и Т-лимфоцитов, экспрессирующих в ответ на стимуляцию ФГА активационный маркер CD25; повышение спонтанной и митогениндуцированной способности В-лимфоцитов синтезировать иммуноглобулины классов А, М, G; усиление цитотоксической активности ЕК-клеток. При этом наблюдалось снижение готовности лимфоцитов к апоптозу, ассоциировавшееся с повышением пролиферативного ответа Т-лимфоцитов в нестимулированных и стимулированных ФГА культурах клеток (рис. 13 А, Б). Кроме того, после завершения цикла низкоинтенсивной силовой тренировки без расслабления было выявлено снижение экспрессии специализированного рецептора индукторных факторов апоптоза CD95 в нестимулированных и стимулированных ФГА-культурах мононуклеарных клеток (рис. 14 А, Б). Напротив, после завершения цикла классической силовой тренировки в стимулированных культурах клеток была отмечена отчетливая тенденция к усилению экспрессии этого антигена.

Рис. 13 Содержание лимфоцитов, экспрессирующих активационные антигены, в нестимулированных и стимулированных культурах клеток после 8-ми недель силовой тренировки (процент от фона): I - содержание CD19⁺CD69⁺ - лимфоцитов в нестимулированных 18-часовых культурах клеток; II - содержание CD19⁺CD69⁺ - лимфоцитов в стимулированных МЛ 18-часовых культурах клеток; III - содержание CD3⁺CD69⁺ - лимфоцитов в нестимулированных 18-часовых культурах клеток; IV- содержание CD3⁺CD69⁺ - лимфоцитов в стимулированных ФГА 18-часовых культурах клеток; V- содержание CD56⁺CD69⁺ - лимфоцитов в нестимулированных 18-часовых культурах клеток; VI - содержание CD56⁺CD69⁺ - лимфоцитов в 18-часовых культурах клеток в присутствии ИЛ2; VII - содержание CD3⁺CD25⁺ - лимфоцитов в нестимулированных 48-часовых культурах клеток; VIII - содержание CD3⁺CD69⁺ - лимфоцитов в стимулированных ФГА 48-часовых культурах клеток

Рис. 14 Апоптоз и пролиферативная активность Т-лимфоцитов в нестимулированных и стимулированных ФГА 48-ч культурах клеток in vitro после 8-ми недель силовой тренировки (процент от фона): I - ранний апоптоз без стимуляции; II - ранний апоптоз, стимуляция ФГА; III - поздний апоптоз без стимуляции; IV- поздний апоптоз, стимуляция ФГА; V- CD3⁺CD95⁺ - лимфоциты без стимуляции; VI - CD3⁺CD95⁺ - лимфоциты, стимуляция ФГА; VII - спонтанная пролиферативная активность Т-лимфоцитов; VIII - ФГА-индуцированная пролиферативная активность Т-лимфоцитов

Повышение содержания лимфоцитов, экспрессирующих, такой активационный маркер, как СD25, в стимулированных ФГА культурах клеток, увеличение ФГА-индуцированной пролиферативной активности лимфоцитов и уменьшение процента апоптотических клеток, экспрессирующих на плазматической мембране фосфатидилсерин, выявляемый по связыванию с поверхностью клеток аннексина V (ранний апоптоз), и гиподиплоидных клеток, окрашенных аннексином V и пропидиумом йодидом (поздний апоптоз), в 48-часовых культурах нестимулированных и стимулированных ФГА клеток у испытуемых после завершения цикла силовых тренировок, по-видимому, свидетельствует о стабильности процесса активации и переходе к пролиферации, т.е. о позитивном характере процесса активации. Однако следует отметить, что после завершения тренировочных циклов в ряде наблюдений отмечалось снижение ФГА-индуцированной пролиферативной активности Т-лимфоцитов, а также уменьшение соотношений содержания CD25⁺ -лимфоцитов и иммуноглобулинов классов А, М, G в стимулированных митогеном и нестимулированных клеточных культурах, указывающее на снижении потенциальных ресурсов Т- и В-лимфоцитов.

При изучении эффектов на систему иммунитета тренировок на велоэргометре с электродвигателем по программам низкоскоростной эксцентрической тренировки (НЭ-группа), высокоскоростной эксцентрической тренировки (ВЭ-группа) и высокоскоростной концентрической тренировки (ВК-группа) установлено, что после 9-недельного тренировочного цикла у значительной части обследованных отмечено увеличение содержания в культурах клеток in vitro Т-лимфоцитов, экспрессирующих в ответ на стимуляцию ФГА активационный маркер CD25, и повышение митогениндуцированной пролиферативной активности В-лимфоцитов. Одновременно с этим отмечено, что в ВК-группе наблюдалось снижение синтеза IgG в нестимулированных и стимулированных МЛ клеточных культурах (р<0,05). Обращает на себя внимание большой индивидуальный разброс полученных результатов. Анализ частоты отклонений показателей, характеризующих Т-звено иммунитета (содержание в периферической крови CD3⁺ -, CD3⁺CD4⁺ - CD3⁺CD8⁺ -клеток, содержание CD4⁺CD25⁺- лимфоцитов в нестимулированных и ФГА-стимулированных культурах клеток, спонтанная и ФГА-ндуцированная пролиферативная способность Т-лимфоцитов), В-звено иммунитета (содержание в периферической крови CD19⁺-клеток, уровень IgA, IgM и IgG в сыворотке крови, спонтанная и индуцированная митогеном лаконоса пролиферативная способность В-лимфоцитов, спонтанная и митогениндуцированная способность В-лимфоцитов синтезировать иммуноглобулины классов А, М, G), а также содержания в периферической крови и цитотоксической активности ЕК-лимфоцитов киллеров, выявил и некоторые различия между исследованными группами (Рис. 15).

Таким образом, анализ результатов, полученных при изучении влияния на систему иммунитета здоровых мужчин различных вариантов физических тренировок на силовом тренажере и велоэргометре с электродвигателем выявил разнонаправленные сдвиги показателей, характеризующих состояние Т-клеточного иммунитета, гуморального иммунитета и системы естественной цитотоксичности, в ответ на длительное воздействие физических нагрузок. Разнородность иммунологических реакций определяется, в основном, изменениями на уровне активационных процессов. Полученные данные не противоречат литературным данным, свидетельствующим о том, что адекватные физические нагрузки стимулируют иммунный ответ, в то же время при повышенных по длительности или интенсивности нагрузках, выявляется их негативное влияние на иммунную систему испытателей, причем для каждого физиологического состояния имеется свой предельный уровень физических нагрузок, при превышении которого возникает общее нарушение метаболизма и иммунитета [Аронов Г.Е., Иванова Н.И., 1987; Mackinnon L.T., 1999; Pedersen B.K., Hoffman-Goetz L., 2000]. Учитывая тот факт, что снижение иммунитета не только служит патогенетическим механизмом развития целого ряда заболеваний, но и является одним из ранних признаков нарушения адаптации человека к условиям физических тренировок, исследование активационных процессов лимфоцитов - базисного процесса разнообразных проявлений

Рис. 15 Частота отклонений показателей адаптивного иммунитета и системы естественной цитотоксичности при различных вариантах тренировок на велоэргометре с электродвигателем (процент отклонений от фонового уровня): НЭ - низкоскоростная эксцентрическая тренировка; ВЭ - низкоскоростная эксцентрическая тренировка; ВК - высокоскоростная концентрическая тренировка

функциональной активности иммуноцитов, может оказаться продуктивным методологическим подходом как для оценки эффективности режимов физических тренировок на борту космических станций, так и для подбора методов и средств системы профилактики с учетом индивидуальных особенностей членов экипажей космических экспедиций.

4.2. Исследование влияния иммуномодулирующих препаратов на функциональную активность иммунокомпетентных клеток периферической крови космонавтов в системе in vitro. В последнее время широкое применение в клинической практике иммунокоррекции находят иммуномодулирующие препараты на основе цитокинов, интерферонов и индукторов интерферонов (реаферон, ронколейкин, лейкинферон, виферон, беталейкин, циклоферон и др.). В связи с этим представлялось целесообразным провести изучение влияния ИЛ-2 и ИФН? на функциональную активность Т-лимфоцитов и лимфоцитов-естественных киллеров (ЕК), изменения которых наиболее постоянно возникают под влиянием условий длительного космического полета. Учитывая тот факт, что о суммарной функциональной активности Т-клеток дает представление реакция ФГА-индуцированной бласттрансформации лимфоцитов, а о функциональной активности ЕК-лимфоцитов - способность мононуклеарных клеток оказывать цитотоксическое действие на клетки-мишени, в качестве которых используют суспензионную культуру опухолевых миелобластов К-562, то изучение действия иммуномодуляторов на функционирование иммунокомпетентных клеток было проведено в клеточных культурах in vitro при инкубации в присутствии ИЛ-2 и ИФНg (были использованы концентрации этих биологических веществ эквивалентные уровням в сыворотке крови после введения терапевтических доз иммуномодулирующих препаратов, принятых в настоящее время). Результаты, полученные при оценке действия ИЛ-2 и ИФНg на функционирование ЕК-лимфоцитов периферической крови российских космонавтов - членов экипажей МКС, показали, что в раннем периоде реадаптации к земным условиям не было отмечено стимулирующего действия этих цитокинов на цитотоксическую активность ЕК ни в одном из восьми наблюдений. Напротив, в трех случаях культивирование мононуклеарных клеток в присутствии ИФНg привело к значительному снижению (более чем на 25% по сравнению с контрольными культурами клеток) способности эффекторных клеток оказывать цитотоксическое действие на клетки-мишени линии К-562. При этом у двух из космонавтов цитотоксическая активность была достаточно высокой, а у одного - резко сниженной. Возможно такое глубокое угнетение функциональной активности ЕК и ингибирующее действие на цитотоксическую способность ЕК не только ИФНg, но и ИЛ-2 связано, в первую очередь, с нарушениями сложных процессов внутриклеточного метаболизма.

Анализ действия ИЛ-2 и ИФНg на функциональную активность Т-лимфоцитов, выявил значительный стимулирующий эффект этих иммуномодуляторов на ФГА-индуцированный пролиферативный ответ только в одном из восьми наблюдений, тогда как в остальных наблюдениях, напротив, наблюдалось снижение пролиферативной активности Т-лимфоцитов в присутствии как ИЛ-2, так и ИФНg.

Таким образом, представленные результаты исследований влияния биологически активных веществ (ИЛ-2 и ИФНg) на функциональную активность Т-лимфоцитов и лимфоцитов - естественных киллеров периферической крови космонавтов после завершения длительных космических полетов в системах in vitro показали, что стимулирующий эффект этих препаратов на функциональную активность мононуклеарных клеток в большинстве наблюдений отсутствовал. Напротив, в ряде случаев наблюдался ингибирующий эффект этих иммуномодуляторов на функционирование Т- и ЕК-клеток. Это позволяет усомниться в правомочности однозначных подходов к проблеме иммунокоррекции как во время космического полета, так и после его завершения. Есть все основания считать, что при разработке комплекса мер иммунокоррегирующей терапии необходимо учитывать как состояние системы иммунитета, так и характер реакции иммунокомпетентных клеток на иммуномодуляторы.

Заключение

В условиях космического полета иммунная система человека прямо или опосредованно подвергается воздействию разнообразных факторов, среди которых, кроме эффектов микрогравитации, немаловажными являются условия обитания в герметически замкнутом помещении с искусственно создаваемым микроклиматом, стрессорное напряжение, гипергравитация при старте, маневрировании и приземлении.

Результаты проведенных исследований адаптационных процессов иммунной системы космонавтов в раннем периоде реадаптации к земным условиям после завершения кратковременных и длительных космических полетов, подтверждают полученные ранее данные, что комплекс факторов космического полета оказывает существенное влияние на эту гомеостатическую систему. Вместе с тем, несомненный интерес представляет изучение иммунной системы космонавтов в соответствии с целостным восприятием ее функционирования с использованием комплексного подхода к оценке способности компонентов врожденного и адаптивного иммунитета выполнять свои физиологические функции.

Установлено, что кратковременное пребывание в условиях реального космического полета (8-31 суток) и в условиях, моделирующих некоторые эффекты микрограватации, привело к изменению ряда показателей врожденного и адаптивного иммунитета. Однако предложенный системный подход, основанный на исследовании взаимодействия изученных показателей методом корреляционного анализа, подчеркивает тот факт, что хотя перенастройка на новый уровень функционирования потребовала определенного напряжения иммунной системы, в то же время повышение общей связанности параметров указывает на сохранение достаточного запаса функциональных резервов и высокий уровень готовности к нагрузкам, связанным с возвращением на Землю.

Полученные результаты исследований системы иммунитета, выполненных после завершения космических полетов продолжительностью 115-428 суток, а также на различных этапах 120-суточной АНОГ и 520-суточной изоляции в гермообъекте, свидетельствуют о том, что при длительном воздействии на организм здорового человека неблагоприятных факторов среды обитания характер сдвигов, однотипен и включает активацию клеточного компартмента иммунитета. Активизацию работы иммунной системы, осуществление ее на качественно ином уровне, по-видимому, следует считать признаком адаптационной перестройки организма, направленной на сохранение иммунного гомеостаза. Однако выявленное в ряде наблюдений угнетение функциональной активности иммунокомпетентных клеток свидетельствует об истощении функциональных резервов иммунной системы.

В целом, проведенные исследования позволили установить, что состояние иммунной системы - один из ранних и высокочувствительных показателей неблагоприятного действия факторов космического полета. Изменения показателей, характеризующих количество и функциональную активность иммунокомпетентных клеток врожденного и адаптивного иммунитета космонавтов, могут служить критериями не только развития преморбидных состояний, но и адекватности возможностям организма перспективных методов и средств профилактики и коррекции неблагоприятного воздействия факторов космического полета. Выявление индивидуальных особенностей функционирования системы иммунитета, ее функциональных резервов является перспективным направлением предполетного контроля при отборе «устойчивых» к воздействию микрогравитации космонавтов и для прогноза адаптационных возможностей организма к условиям межпланетного космического полета.

Выводы

Процесс адаптации к комплексу факторов космического полета приводит как к количественным, так и качественным изменениям врожденного и адаптивного иммунитета, которые проявляются после полета в сдвигах в системе сигнальных образраспознающих рецепторов, системе естественной цитотоксичности, Т- и В- звена системы адаптивного иммунитета и системе цитокинов.

Переход на новый уровень функционирования системы иммунитета в ответ на воздействие факторов космического полета, направленный на сохранение иммунного гомеостаза, осуществляется по мобилизационному типу компенсаторно-приспособительных реакций, характеризующийся разнонаправленными сдвигами параметров врожденного и адаптивного иммунитета с преобладанием показателей активации.

В раннем периоде адаптации к условиям космического полета поддержание гомеостаза и обеспечение нормального функционирования системы иммунитета достигается за счет большей напряженности (связанности) ее параметров.

Длительное воздействие комплекса факторов космического полета приводит к перенапряжению и истощению функциональных резервов, необходимых для развития адекватных адаптационно-компенсаторных реакций иммунной системы.

При наземном моделировании кратковременного воздействия физиологических эффектов микрогравитации в экспериментах с 5-7суточной «сухой» иммерсией реакции системы иммунитета отличались значительной индивидуальной вариабельностью степени и направленности сдвигов параметров врожденного и адаптивного иммунитета, свидетельствующие о роли индивидуальных особенностей организма адаптироваться к необычным условиям жизнедеятельности.