1 Пензенский государственный университет;
2 Пензенский государственный аграрный университет
Обзорная статья
Состояние эндотоксин-антиэндотоксиновой защиты организма в ответ на физическую нагрузку
Опарина О.Н.1, Тома Ж.В.1, Емелин В.Н.2
Пенза, Россия
Основой для адаптации организма к действию внешнего раздражителя является активация симпатоадреналовой системы, которая способна мобилизовать резервные ресурсы различных органов и систем органов для выполнения поставленной задачи. Это является базовой составляющей процесса адаптации на уровне целого организма.
Вместе с тем, тонкие (интимные) механизмы участия симпатоадреналовой системы, как в процессах адаптации, так и патологии изучены недостаточно.
В частности, до настоящего времени никто из исследователей не ставил перед собой задачу изучить возможную роль кишечного ЭТ в этих процессах, хотя высокая вероятность наличия таковой предполагалась и была теоретически обоснована при анализе многочисленных клинических и экспериментальных исследований автором “эндотоксиновой теории физиологии и патологии человека” М. Ю. Яковлевым [6].
В научной литературе имеются единичные сообщения о возможной роли кишечного ЛПС в дизадаптации организма к физическим нагрузкам (перегрузкам). A. R. Jeukendrup et al. [17] предприняли попытку установить по показателям титров антител (АТ) наличие эндотоксинемии до, во время и через 1, 2, 16 часов после физической нагрузки у 29 триатлонистов. Возраст спортсменов составлял 33±6 лет.
Группа контроля состояла из 20 здоровых волонтеров, средний возраст которых - 38 лет. Авторы провели исследование показателей титров антител к ЛПС и выявили наличие зависимости между гастроинтестинальными жалобами, концентрацией ЭТ, цитокинов, СРБ и предбелка сыворотки крови.
Кроме вышеуказанных показателей, авторы определяли креатининкиназу как показатель повреждения мышц после выполнения физической нагрузки.
Во время выполнения мышечной работы триатлонистами установлено, что 93% спортсменов предъявляли гастроинтестинальные жалобы. 45% спортсменов имели тяжелое состояние, а 7% участников отказались от продолжения работы из-за резкого ухудшения состояния здоровья.
В 68% случаях выявлена умеренная эндотоксинемия сразу после выполнения физической нагрузки (5-15 пг/мл) и отмечено уменьшение титров антиэндотоксиновых АТ.
Через 2 часа у 19% спортсменов была выявлена умеренная эндотоксинемия, которая нарастала через 16 часов после нагрузки и определялась у 79% триатлонистов. В это время отмечено дальнейшее снижение титров АТ к ЛПС.
Сразу после выполнения физической нагрузки авторы отмечали увеличение IL-6 в 27 раз, СРБ - в 20 раз, снижение предбелка - на 12%. В последующие часы содержание СРБ увеличивалось и сохранялось в течение 16 часов на одном уровне.
Показатель предбелка снижался и был ниже, чем до нагрузок, показатель TNF-a возвращался к показателю нормы к концу 16 часа после выполнения мышечной работы. Аналогичные результаты были получены другими авторами [11], [20], [22].
Некоторыми авторами установлена достоверная зависимость между уровнем IL-6 и жалобами у триатлонистов на рвоту и диарею. Многие исследователи отмечают, что IL-6 может быть маркером стресса у спортсменов разной специализации во время тренировочного процесса [15], [18], [19]. спортсмен адаптация симпатоадреналовый мышечный
При обработке плазмы крови антигеном ЛПС E.coli 014 выявлена скудная стимуляция иммунных клеток у спортсменов по сравнению с лицами, ведущими малоподвижный образ жизни.
Такая реакция указывает на то, что иммунные клетки спортсменов менее чувствительны к стрессу.
Этот факт свидетельствует о хорошей подготовке спортсменов к соревнованиям. IL-6 играет роль в эндокринном ответе на стресс через стимуляцию выработки кортизола за счет синтеза АКТГ и стимуляции коры надпочечников [13].
Имеются сообщения, что введение добровольцам ЛПС сопровождалось повышением концентрации ЭТ в плазме крови до 7-13 пг/мл, TNF-a - до 68-1374 пг/мл, IL-6 - до 672-2820 пг/мл [22].
A. T. Bosenberg et al. [9], J. G. Brock-Utne et al. [10] выявляли у 81% марафонцев концентрацию ЭТ в плазме крови выше 100 пг/мл, у 18 триатлонистов повышение уровня ЛПС - от 81 пг/мл до 294 пг/мл после выполнения мышечной работы, при этом отмечалось, что содержание ЛПС у триатлонистов было высоким еще до выполнения физической нагрузки.
G. J. Darlington et al. [14] выявили умеренную эндотоксинемию (5-14 пг/мл) у 8 из 18 марафонцев, при этом у 1 спортсмена отмечали высокий уровень ЛПС - 72 пг/мл.
В исследованиях B. Baker et al. [8] у всех спортсменов отмечали более низкие показатели титров антител к ЛПС, чем в группе контроля. Авторы объясняют это тем, что во время подготовительного и соревновательного периодов отмечается повышенное поступление ЛПС в кровоток, а для купирования его патологического воздействия используются антитела. При концентрации ЛПС в плазме крови 10 пг/мл после выполнения физической нагрузки показатели TNF-a повышались в 2 раза [11], [12].
По мнению Аполлонина А.В. и др. [2]; Лиходеда В.Г. и др. [4]; Яковлева М.Ю. [6], проявление полезных или преобладание патогенных свойств ЛПС определяется главным образом двумя факторами: концентрацией эндотоксина в общем кровотоке и активностью антиэндотоксинового иммунитета (АЭИ).
Среди гуморальных факторов антиэндотоксиновой защиты ведущая роль принадлежит антигликолипидным антителам, которые могут инактивировать ЭТ любого происхождения, поскольку они способны взаимодействовать с липидом А, входящим в состав ЛПС самых различных Гр? бактерий.
В силу этого обстоятельства титры этих антител можно рассматривать как интегральные показатели гуморального звена АЭИ [7].
В работе И. А. Аниховской [1] показана возможность использования показателей гуморального звена АЭИ в качестве интегрального показателя, характеризующего состояние здоровья человека.
Суть методики состоит в том, что по результатам определения содержания двух видов антиэндотоксиновых антител (антител к гликолипиду хемотипа Re и антител к ЛПС E.coli O14) и соотношения между полученными показателями можно судить о состоянии здоровья человека.
Разработанный автором метод позволил провести целенаправленную диагностику и рациональное лечение. Было отмечено, что после лечения у пациентов восстанавливались показатели гуморального АЭИ.
Важную роль в защите организма от эндотоксина играют клеточные факторы иммунитета.
После проникновения из кишечника в систему воротной вены эндотоксин захватывается и подвергается разрушению в клетках ретикулоэндотелиальной системы (РЭС), преимущественно в клетках Купфера, с последующей детоксикацией в клетках печени. При нарушении функций печени и РЭС свободный эндотоксин обнаруживается в циркулирующей крови [3].
Одной из основных клеток крови, связывающих эндотоксин, является полиморфноядерный лейкоцит [3], [5]. Такие лейкоциты играют значимую роль в детоксикации эндотоксина, их можно рассматривать в качестве факторов клеточного антиэндотоксинового иммунитета.
Благодаря способности ЛПС взаимодействовать с рецепторами (CD, Fc, Toll-like, др.) клеточных мембран, многие клетки способны участвовать в процессах связывания и элиминации ЭТ из системного кровотока.
В связи с этим, определение активности гранулоцитарного звена АЭИ может дать полезную для клиницистов информацию о состоянии антиэндотоксиновой защиты и резервных возможностях организма противостоять патогенному действию избытка ЛПС.
На основании проведенного анализа литературы мы считаем, что метод оценки концентрации эндотоксина в системном кровотоке и показателей гуморального и клеточного иммунитета при физической нагрузке у спортсменов позволяет адекватно оценивать эффективность тренировок, выявлять скрыто протекающие заболевания с последующим целенаправленным диагностическим обследованием и патогенетическим лечением.
Список литературы / References
1. Аниховская И.А. Выявление групп риска, выбор тактики обследования и оценка эффективности лечения различных заболеваний по показателям антиэндотоксинового иммунитета: дис.… канд. мед.наук: 14.00.05, 14.00.16: защищена 27.11.2001 /Аниховская Ирина Альфредовна. - М., - 2001. - 83с.
2. Аполлонин А.В. Эндотоксинсвязывающие системы крови // Журнал микробиологии, эпидемиологии, иммунобиологии / А.В. Аполлонин, М.Ю. Яковлев, А.А. Рудик, В.Г. Лиходед. - 1990.- №11.- С.100-106.
3. Лиходед В.Г. Способ оценки состояния антиэндотоксинового иммунитета в отношении грамотрицательных бактерий (ЛПС-Тест-ИФА) / В.Г. Лиходед, М.Ю. Яковлев, А.В. Аполлонин и др.. Патент РФ №2088936 на изобретение, 1996 с приоритетом от 18 апреля 1994 г.
4. Лиходед В. Г., Яковлев М. Ю., Мосежный А. Е., Кочурко Л. И. Антиэндотоксиновый иммунитет в физиологии и патологии человека / В. Г. Лиходед, М. Ю. Яковлев, А. Е. Мосежный, Л. И. Кочурко // Медицина экстремальных ситуаций. - -№ 1. - С. 22-26.
5. Першин Б.Б. Реакции иммунной системы на физические нагрузки / Б.Б. Першин, А.Б. Гелиев, Д.В. Толстов и др. // Russ. J. Immunol. - 2002. - № 1. - Р. 1-24.
6. Яковлев М.Ю. Элементы эндотоксиновой теории физиологии и патологии человека //Физиология человека. -2003.- том 29.- №4. - С.98-109.
7. Amberger A. Co-expression of ICAM-1, VCAM-1, ELAM-1 and Hsp60 in human arterial and venous endothelial cells in response to cytokines and oxidized low-density lipoproteins / A. Amberger, C. Maczek, G. Jurgens, D. Michaelis et al. // Cell. Stress. Chaperones. - 1997. - V. 2(2). - P.94.
8. Baker C.H. Arteriolar endothelium-dependent vasodilation occurs during endotoxin shock / Baker C.H., Sutton E.T. // Am-J-Physiol.- 1993. - V. 264(4 Pt 2). - P.H1118.
9. Bosenberg A. T. Strenuous exercise causes systemic endotoxemia / Bosenberg A. T., Brock-Utne J. G., Gaffin S. L. et al. // J. Appl. Physiol.-1988. - 65. - P.106-108.
10. Brock-Utne J. G. Endotoxaemia in exhausted runners after a long distance race / Brock-Utne J. G., Gaffin S. L., Wells M. T. et al. // S. Afr. Med. J. 1988. - V.7 P.533-536.
11. Camus G. Mild endotoxaemia and the inflammatory response induced by a marathon race / Camus G., Poortmans J., Nys M. et al. // Clin. Sci. 1997. - V.92. - P.415-422.
12. Castell L. M. Some aspects of the acute phase response after a marathon race, and effect of glutamine supplementation / Castell L. M., Poortmans J. R., Leclercq R. et al. // Eur. J. Appl. Physiol.- 1997. -V.75. - P.47-53.
13. Cox G. Structure and function of interleukin-6 / Cox G, Gauldie J. / In: S L Kukel and D G Remick (eds) Cytokines in Health and Disease. Dekker. - New York. - 1992. - P.97-120.
14. Darlington G. J. Monocyte-conditioned medium, interleukin-1, and tumor necrosis factor stimulate the acute phase response in human hepatoma cells in vitro / Darlington G. J., Wilson D. R. and Lachman L.B.// J. Cell Biol. 1986. - V.103. - P.787-793.
15. Fong Y. Endotoxemia elicits increased circulating beta 2-IFN/IL-6 in man / Fong Y., Moldawer L. L., Marano M. et al. // J. Immunol. - 1989. - V.142. - P.2321-2324.
16. Haglund U. Gut ischaemia // Gut. - 1994. - V. 35. - P.73-76.
17. Jeukendrup A.R. Relationship between gastro-intestinal complaints and endotoxaemia, cytokine release and the acute-phase reaction during and after a long-distance triathlon in highly trained men / Jeukendrup AR, Vet-Joop K, Sturk A. et al. // Clin. Sci.- 2000. - V.98. - P.47-55.
18. Northoff H. The cytokine response to strenuous exercise. / Northoff H., Weinstock C. Berg A. // Int. J. Sports Med. -1994. - V.15. - P.167-171.
19. Rehrer N. J. Physiological changes and gastro-intestinal symptoms as a result of ultra-endurance running / Rehrer N. J., Brouns F., Beckers E. J. et al. // Eur. J. Appl. Physiol.- 1992. - V.64. -P.1-8.
20. Rohde T. The immune system and serum glutamine during a triathlon / Rohde T., MacLean D. A., Hartkopp A. and Pedersen B. K. // Eur. J. Appl. Physiol. 1996. - V.7 - P.428-434.
21. Rowell L. Integration of cardiovascular control systems in dynamic exercise / Rowell L. B., O'Leary. D. S. and Kellogg. D. L. // Handb. Physiol. Sect. 12 Exercise Regul. Integr. Mult. Syst. 1996. - P.770-838.
22. Van Deventer S. J. H. Experimental endotoxemia in humans: analysis of cytokine release and coagulation, fibrinolytic and complement pathways / Van Deventer S. J. H., ten Cate J. W., Aarden L. A. et al // Blood- 1990. - V.7 - P.2520-2526.
23. Weinstock C. Effect of exhaustive exercise stress on the cytokine response / Weinstock C., Konig D., Harnischmacher R. et al. // Med. Sci. Sports. Exerc. - 1997. - V.29. - P.345-354.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Anihovskaya I.A. Vyyavlenie grupp riska, vybor taktiki obsledovaniya i ocenka effektivnosti lecheniya razlichnyh zabolevanij po pokazatelyam antiendotoksinovogo immuniteta [Identification of risk groups, selection of survey tactics and evaluation of the effectiveness of treatment of various diseases by indicators of anti-endotoxin immunity]: dis….of PhD in Medicine: 14.00.05, 14.00.16: defense of the thesis 27.11.01 / Anikhovskaya Irina Alfredovna. - M., 2001. - 83p. [in Russian]
2. Apollonin A.V. Endotoksinsvyazyvayushchie sistemy krovi [Endotoxin-binding blood systems]/ A.V. Apollonin, M.Yu. Yakovlev, A.A. Rudik, V.G. Lihoded // Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii, immunobiologii [Journal of microbiology, epidemiology, and immunobiology]. ? 1990. ? №11. ? P.100-106. . [in Russian]
3. Lihoded V.G. Sposob ocenki sostoyaniya antiendotoksinovogo immuniteta v otnoshenii gramotricatel'nyh bakterij (LPS-Test-IFA). Patent RF №2088936 na izobretenie [The ability to assess sostoyaniya antiendotoxinovogo immunitet in otnoshenia gramotricatel'nyh bacteria (LPS-test-IFA). Patent RF №2088936] / V.G. Lihoded, M.Yu. Yakovlev, A.V.Apollonin. 1996. [in Russian]
4. Lihoded V. G. Antiendotoksinovyj immunitet v fiziologii i patologii cheloveka [Antiendotoxin immunity in human physiology and pathology] /V. G. Lihoded, M. Yu. Yakovlev, A. E. Mosezhnyj, L. I. Kochurko // Medicina ekstremal'nyh situacij [Emergency medicine]. ? 1999. ? № 1. ? P. 22-26. [in Russian]
5. Pershin B.B. Reakcii immunnoj sistemy na fizicheskie nagruzki [Immune system responses to physical activity] / B.B. Pershin, A.B. Geliev, D.V. Tolstov // Russ. J. Immunol. [Russ. J. Immunol.] ? 2002. ? № 1. ? P. 1-24. [in Russian]
6. Yakovlev M.Yu. Elementy endotoksinovoj teorii fiziologii i patologii cheloveka [Elements of the endotoxin theory of human physiology and pathology] / M.Yu. Yakovlev //Fiziologiya cheloveka [Human physiology]. ?2003. ? V. 29. ? №4. - P.98-109. [in Russian]
7. Amberger A. Co-expression of ICAM-1, VCAM-1, ELAM-1 and Hsp60 in human arterial and venous endothelial cells in response to cytokines and oxidized low-density lipoproteins / A. Amberger, C. Maczek, G. Jurgens, D. Michaelis et al. // Cell. Stress. Chaperones. - 1997. - V. 2(2). - P.94.
8. Baker C.H. Arteriolar endothelium-dependent vasodilation occurs during endotoxin shock / Baker C.H., Sutton E.T. // Am-J-Physiol.- 1993. - V. 264(4 Pt 2). - P.H1118.
9. Bosenberg A. T. Strenuous exercise causes systemic endotoxemia / Bosenberg A. T., Brock-Utne J. G., Gaffin S. L. et al. // J. Appl. Physiol.-1988. - 65. - P.106-108.