Relationship of cytokine profile indicators and changes in neuroenergy exchange in patients with vibration disease

Cover Page

Abstract


The aim of the study was to assess changes in serum concentrations of pro- and anti-inflammatory cytokines in patients with vibration disease (VD). Methods. In total, 28 patients with VD associated with the combined effects of local and general vibration comprised the study group while 24 men were included in the reference group with no exposure to vibration in their professional activities. Serum concentrations of IL-2, IL-4, IL-8, IFN-y) were measured by enzyme-linked immunosorbent assay. The severity of neuroenergy exchange was assessed using the neuroenergy mapping method based on measuring the levels of constant potential (DC-potential level). Data were analyzed using Shapiro-Wilk test, Student test, Mann-Whitney test, Fisher's angular transformation method and Spearman's rank correlation. Results. The proportion of study participants with increased brain DC-potential level was greater (67.9 %) among patients with VD (p = 0.001). The concentration of IL-8 was 24.29 (14.42-65.16) pg / ml in the VD-group vs. 14.35 (6.24-19.14) pg / ml. in the comparison group. Concentration of IFN-y - was 21.38 (1.68-94.28) pg / ml. in the VD-group vs. 0.01 (0.01-0.28) pg / ml in the reference group. We observed significant correlations between the levels of IL-4, IL-8, TNF-γ and DC-potential (rs = 0.61; 0.55; 0.57, respectively) suggesting their role in disruption of the processes of neuroenergy exchange. Conclusions. More than two thirds of patients with VD have an increased DC-potential level and greater concentrations of IL-8 and TNF-y. Disrupted functioning of the mechanisms of cytokine regulation seems to be associated with neuuroenergy exchange and may activate neuroinflammatory processes.

Full Text

Известно, что оптимальное взаимодействие иммунной и нервной систем, осуществляемое с помощью вегетативной нервной системы и нейроэндокринной регуляции, обеспечивает адекватную адаптацию организма к условиям окружающей среды. Важная роль в этом процессе принадлежит регуляторам взаимодействия иммунных клеток - цитокинам, которые через аутокринные и паракринные механизмы, обеспечивающие гомеостаз в ЦНС, являются посредниками связи между нейронами и глией [3, 17]. С другой стороны, при нарушении деятельности ЦНС, состоянии стресса изменяются как характер 14 Экология человека 2020.11 Экология труда гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой регуляции, так и активность вегетативной нервной системы [24]. В литературе имеются сведения, указывающие на взаимосвязь интенсивности энергетического обмена головного мозга (ЭОГМ), характера межполушарных отношений с активностью клеток иммунной системы [2, 20, 23, 25, 26]. В исследованиях Фокина В. Ф. с со-авт. [21] показано, что при повышении уровня ЭОГМ посредством адаптационных реакций и активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (ГГНС) происходит снижение иммунной активности [9]. Нарушение центральных механизмов регуляции, неспецифическая активация ГГНС общепризнанно являются одними из основных патогенетических звеньев в клинической картине вибрационной болезни (ВБ), обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации, которая является одной из ведущих нозологических форм в структуре заболеваний, связанных с воздействием физических производственных факторов [12, 13]. Известно, что развитие заболевания сопровождается нейрососудистыми нарушениями, способствующими выделению вазоактивных веществ противовоспалительного действия (цитокинов), которые, в свою очередь, провоцируют структурные изменения циркуляторного русла [1, 14]. Развитие дисбаланса в системе цитокинов в ответ на стрессовое воздействие вибрации способствует изменению продукции и активности нейромедиаторов, что неизбежно ведет к нарушению интегративной функции нейронов головного мозга (ГМ) [7, 27, 28]. Несмотря на существование информации о состоянии функциональной активности головного мозга [8, 11, 15, 16] и изменений в содержании цитокинов при ВБ [4 - 6, 10], отсутствуют работы, касающиеся определения взаимосвязей уровней про- и антивоспалительных цитокинов с церебральным энергетическим обменом у пациентов с ВБ. В связи с этим очевидную актуальность и новизну в вопросах исследования патогенеза ВБ представляет изучение сопряженности характеристик уровня постоянного потенциала (УПП), как интегральных показателей ЭОГМ, с уровнем цито-киновой регуляции нейроиммунного ответа. Цель исследования заключалась в выявлении особенностей изменений сывороточных концентраций про-и противовоспалительных цитокинов у пациентов с вибрационной болезнью, возникающей вследствие сочетанного воздействия локальной и общей вибрации, в зависимости от уровня нейроэнергообмена. Методы При предварительном обследовании 114 пациентов (средний возраст (52,24 ± 0,47) года) с ВБ 2 степени, обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации, нами установлено усиление церебрального энергетического обмена в 70,2 % случаев. Данный факт способствовал проведению дальнейших исследований, направленных на изучение возможных причин возникновения нейровоспалительного процесса в головном мозге. С этой целью проведены дополнительные исследования, касающиеся сравнительной оценки и изучения взаимосвязи между уровнем цитокинов и интенсивностью нейроэнергообмена. При этом основную группу представили 28 пациентов (мужчин) с ВБ 2 степени от сочетанного воздействия локальной и общей вибрации (основная группа, средний возраст (52,24 ± 0,47) года). Критерием включения в основную группу было наличие установленного во время работы в контакте с вредным производственным фактором диагноза ВБ 2 степени, обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации, отсутствие экспозиции к вибрации на момент исследования, отсутствие коморбидной патологии, которая могла бы повлиять на обмен цитокинов (ожирение, сахарный диабет, артериальная гипертензия и т. д.). Все обследования выполнены при поступлении в клинику, до проведения лечения. В группу сравнения вошли 24 здоровых мужчины (средний возраст (51,06 ± 0,95) года), которые по специфике профессиональной деятельности не подвергались воздействию вибрации и не имели на момент исследования острых и хронических (в стадии обострения) заболеваний. Показатели цитокинового статуса (IL-2, IL-4, IL-8, IFN-y) определяли в сыворотке крови обследованных твердофазным иммуноферментным методом (тестсистемы ЗАО «Вектор Бест», г. Новосибирск). Для измерения среднего УПП (Хср.), характеризующего интенсивность нейроэнергообмена, использовали метод нейроэнергокартирования (НЭК) [22]. В зависимости от выраженности среднего УПП различали пониженный, нормальный, повышенный нейроэнергообмен [20]. Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета прикладных программ STATISTICA 6.0 (StatSoft, USA). Проверку нормальности распределения количественных показателей выполняли с использованием критерия Шапиро - Уилка. Для межгруппового сравнения количественных показателей возраста обследованных пациентов применяли параметрический критерий Стьюдента, данные представлены в виде средней (М) и ее ошибки (m). Межгрупповое сравнение количественных показателей, характеризующих УПП и цитокины, осуществляли с использованием непараметрического метода U-критерия Манна - Уитни, данные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха Me (Q25-Q75). Статистическую значимость различий показателей, выраженных в процентах, вычисляли по методу углового преобразования Фишера. Корреляционный анализ проводили методом ранговой корреляции Спирмена. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотезp < 0,05. Работа соответствует этическим стандартам, разработанным в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками 2000 г. 15 Экология труда Экология человека 2020.11 и «Правилами клинической практики в Российской Федерации», утвержденными Приказом Минздрава РФ от 19.06.2003 г. № 266. От каждого человека было получено информированное согласие на участие в обследовании, одобренное в установленном порядке локальным этическим комитетом. Результаты Для сравнительной оценки интенсивности энергетических процессов в обеих группах рассчитывали усредненный УПП (при 12 канальном отведении). В таблице наглядно представлено статистически значимое увеличение Хср. у пациентов с ВБ, обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации, при сопоставлении с таковым группы сравнения. Кроме того, установлено статистически значимое доминирование в основной группе лиц с повышенным УПП при сопоставлении с группой сравнения (67,9 и 4,2 % соответственно, р = 0,01). Пациенты с ВБ с нормальным Хср. и с пониженным Хср. составили 28,6 и 3,5 % соответственно, р = 0,05. В группе сравнения Хср. имел нормальную выраженность в 87,5 % случаев. Исследование сывороточных концентраций медиаторов воспаления у пациентов основной группы показало статистически значимое возрастание уровней IL-8 и IFN-y относительно группы сравнения приp < 0,013 (таблица). Концентрация цитокинов в сыворотке крови и средний уровень постоянного потенциала обследованных, Ме (Q25-Q75) Пока затель, пг/мл Основная группа (n = 28) Группа сравнения (n = 24) Уровень статистической значимости отличий (р) IL-2 5,92 (3,63-8,28) 4,98 (2,88-6,95) 0,0495 IL-4 0,49 (0,01-4,49) 0,01 (0,01-0,32) 0,0672 IL-8 24,29 (14,4265,16)* 14,35 (6,2419,14) 0,0110 IFN-y 21,38 (1,6894,28)* 0,01 (0,01-0,28) 0,0075 Хср. 17,92 (13,1921,67)* 11,00 (9,3512,33) 0,0012 Примечание. * - различия статистически значимы при сопоставлении основной группы с группой сравнения, p < 0,013. Результаты сравнительного анализа изменений в содержании сывороточных концентраций цитокинов у пациентов с ВБ с повышенным и нормальным средним УПП не выявили статистически значимых различий между группами. Вместе с тем заслуживает внимания установленный факт тенденции к увеличению провоспалительного IL-8 (в 3 раза) и IFN-y (в 2 раза), отмеченный в группе лиц с наличием повышенного УПП (33,4 (23,4-65,2) и 31,5 (20,8-59,3) пг/мл соответственно, p = 0,43) относительно группы лиц с нормальным УПП (17,2 (6,1-20,3) и 11,8 (4,5-17,6) пг/мл соответственно, p = 0,29). Результаты корреляционного анализа позволили выявить взаимосвязь между уровнем цитокинов и интенсивностью нейроэнергообмена у пациентов с ВБ, обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации. Так, зарегистрированы прямые корреляционные связи между концентрациями IL-4, IL-8, IFN-y и средним УПП (rs = 0,61; 0,55; 0,57, p = 0,030; 0,016; 0,02 соответственно), которые характеризуют очевидную взаимозависимость повышенного ЭОГМ и гиперпродукции вышеперечисленных цитокинов. Установленные зависимости указывают на однонаправленность процессов активации провоспалительных реакций и усиления ЭОГМ (в сторону ацидоза) у пациентов с ВБ. В группе сравнения в результате применения корреляционного анализа статистически значимых корреляционных связей между показателями цито-кинового профиля и средним УПП не установлено. Данный факт указывает на то, что при усилении энергетического обмена головного мозга в группе сравнения не происходит статистически значимого изменения цитокинового профиля. Обсуждение результатов В ходе изучения особенностей ЭОГМ в группе пациентов с ВБ, обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации, определено умеренно выраженное усиление ЭОГМ, что косвенно может свидетельствовать о гиперметаболизме анаэробного гликолиза, состоянии ацидоза ГМ [20, 22]. Учитывая, что IL-8 является фактором активации нейтрофилов и при хроническом течении заболевания способствует процессу повреждения тканей [9], а значительное повышение уровня интерферона IFN-y оказывает необратимое цитотоксическое действие на видоизмененные клетки и через Т-лимфоциты и натуральные киллеры усиливает клеточные токсические реакции [18], возможно предположить, что нарастание продукции этих цитокинов в условиях метаболических изменений в ГМ у пациентов с ВБ способствует прогрессированию нейрососудистых нарушений. На основании анализа полученных данных с большой долей вероятности считаем, что усиление ЭОГМ при сочетанном воздействии локальной и общей вибрации связано с нейровоспалительным процессом, катализирующим продукцию провоспалительных цитокинов, в частности IL-4, IL-8, IFNy, способных оказывать повреждающее действие на клетки ГМ. Таким образом, в ходе исследования установлены изменения цитокинового профиля у пациентов с ВБ, обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации (повышение провоспалительных IL-8, TNF-y). Гиперпродукция указанных цитокинов патогенетически обусловлена состоянием ЭОГМ (повышением среднего УПП), которое приводит к большему нарастанию окислительного (оксида-тивного) стресса. Для пациентов с повышенным церебральным энергетическим обменом характерно нарушение адекватной работы механизмов цитоки-новой регуляции нейроиммунного ответа, характеризующегося повышенной выработкой IL-4, IL-8, 16 Экология человека 2020.11 Экология труда TNF-y. Выявленные взаимосвязи между интенсивностью энергетического обмена в ГМ и активацией провоспалительных реакций могут быть полезны в дальнейшем изучении роли медиаторов воспаления в патофизиологических механизмах формирования и развития ВБ от сочетанного воздействия локальной и общей вибрации. Кроме того, опираясь на полученные данные можно совершенствовать подходы к лечению церебральной недостаточности при ВБ, например, назначая комплекс лечения, включающий антиоксидантную терапию [19]. Выводы: 1. У пациентов с ВБ, обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации, в 67,9 % случаев отмечается повышенный УПП головного мозга. 2. Развитие и течение ВБ, обусловленной сочетанным воздействием локальной и общей вибрации, характеризуется нарушением адекватной работы механизмов цитокиновой регуляции иммунного ответа в виде гиперпродукции IL-8 и TNF-y. 3. Выявлена взаимосвязь между усилением нейроэнергообмена и уровнем цитокинов, проявляющаяся увеличением УПП при повышенной выработке IL-4, IL-8, TNF-y.

About the authors

O. I. Shevchenko

East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research

Email: oich68@list.ru
Angarsk, Russia

G. M. Bodienkova

East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research

Angarsk, Russia

O. L. Lakhman

East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research

Angarsk, Russia

E. V. Boklazhenko

East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research

Angarsk, Russia

References

  1. Абраматец Е. А., Лахман О. Л., Кудаева И. В. Некоторые аспекты иммунного реагирования больных при различной степени выраженности вибрационной болезни // Медицина труда и промышленная экология. 2007. № 11. С. 30-33.
  2. Абрамов В. В., Ершов О. В., Смык А. В. Взаимосвязь функциональной асимметрии иммунной системы и ЦНС при формировании иммунного ответа // Нейроиммунология. 2009. Т. 7, № 1. С. 6-7.
  3. Абрамова Т. Я., Кожевников В. С., Абрамов В. В. Цитокины - посредники нейроиммунорегуляции // Цитокины и воспаление. 2005. Т. 4, № 2. С. 83.
  4. Бабанов С. А., Бараева Р. А., Будаш Д. С., Байкова А. Г. Состояние иммунного профиля и цитокины при вибрационной болезни // РМЖ «Медицинское обозрение» № 1 (II) от 25.04.2018. С. 108-112.
  5. Бараева Р. А., Бабанов С. А. Иммунный профиль при вибрационной болезни от воздействия локальной и общей вибрации // Санитарный врач. 2015. № 7. С. 11 - 19.
  6. Бодиенкова Г. М., Курчевенко С. И. Оценка цитокинов и белка теплового шока при вибрационной болезни // Медицинская иммунология. 2018. Т. 20, № 6. С. 895-898. Doi.org/10.15789/1563-0625-2018-6-895-898
  7. Бодиенкова Г. М., Курчевенко С. И., Русанова Д. В. Роль цитокинов в развитии нарушений периферической системы при вибрационной болезни // Российский иммунологический журнал. 2017. Т. 11 (20), № 1. С. 58-63.
  8. Борзунова Ю. М. Вызванные потенциалы головного мозга в оценке сенсорных и когнитивных функций у горнорабочих виброопасных профессий // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2012. № 1. С. 61-62.
  9. Витковский Ю. А., Кузник Б. И., Солпов А. В. Итоги 10-летнего исследования механизмов лимфоцитарно-тромбоциторной адгезии // Забайкальский медицинский вестник. 2008. № 2. С. 36-41.
  10. Капустник В. А., Сухонос Н. К. Состояние цитокинового статуса у больных вибрационной болезнью в сочетании с гипертонической болезнью // Вестник проблем биологии и медицины. 2013. Т. 1, № 2. С. 150-153.
  11. Катаманова Е. В., Нурбаева Д. Ж. Анализ патологической активности ЭЭГ у лиц, подвергающихся воздействию общей и локальной вибрации // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 3-4. С. 570-573; URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=8935 (дата обращения: 08.04.2020).
  12. Косарев В. В., Бабанов С. А. Вибрационная болезнь // Справочник поликлинического врача. 2008. № 11. С. 16-22.
  13. Лахман О. Л. Катаманова Е. В., Картапольцева Н. В., Константинова Т. Н., Русанова Д. В., Бичев С. С. Клиника, диагностика, лечение профессиональных полиневропатий от воздействия вибрации и физического перенапряжения: учебное пособие для врачей. Иркутск, 2013. 80 с.
  14. Ляпин М. Г. Воздействие вибрации на иммунную систему (аналитический обзор) // Медицина труда и промышленная экология. 1999. № 12. С. 30-33.
  15. Могилевская К. Э., Николенко В. Ю., Ласткова Н. Д. Особенности функционального состояния нервной системы у горнорабочих, подвергающихся воздействию локальной вибрации // Архив клинической и экспериментальной медицины. 2018. Т. 027, № 3. С. 78-84.
  16. Никулина Н. В., Бейн Б. Н. Особенности биоэлектрической активности мозга у больных вибрационной болезнью // Терапевт. 2011. № 7. С. 52-54.
  17. Повещенко А. Ф., Абрамов В. В., Козлов В. А. Цитокины - фактор нейроэндокринной регуляции // Успехи физиологических наук. 2007. Т. 38, № 3. С. 40-46.
  18. Сологуб Т. В., Цветков В. В., Деева Э. Г. Интерферон гамма цитокин с противовирусной, иммуномодулирующей и противоопухолевой активностью // Российский медико-биологический вестник имени академика И. П. Павлова. 2014. № 3. С. 56-60.
  19. Соколова Л. П., Князева И. В., Сухарева Е. А. Расстройства умственной работоспособности в условиях стресса и их коррекция // Терапия. 2016. № 4. C. 122-126.
  20. Фокин В. Ф., Пономарева Н. В. Энергетическая физиология мозга. М.: Антидор, 2003. 249 с.
  21. Фокин В. Ф., Шабалина А. А., Пономарева Н. В., Медведев Р. Б., Лагода О. В., Танашян М. М. Сопряженность показателей энергетического обмена и уровня гормона стресса кортизола с когнитивными характеристиками больных дисциркуляторной энцефалопатией // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2018. № 4 (12). С. 47-51.
  22. Шмырев В. И., Витько Н. К., Миронов Н. П., Соколова Л. П., Борисова Ю. В., Фокин В. Ф. Нейроэнергокартирование - высокоинформативный метод оценки функционального состояния мозга. Данные нейроэнергокартирования при когнитивных нарушениях и снижении умственной работоспособности. М., 2010. 21 с.
  23. Almajwal A., Alam I., Zeb F., Fatima S. Energy Metabolism and Allocation in Selfish Immune System and Brain: A Beneficial Role of Insulin Resistance in Aging // Food and Nutrition Sciences. 2019. N 10. P 64-80. Doi. org/10.4236/fns.2019.101006
  24. Bilbo S. D., Schwarz J. M. The Immune System and Developmental Programming of Brain and Behavior // Front Neuroendocrinol. 2012. N 33 (3). P. 267-286. Doi. org/10.1016/j.yfrne.2012.08.006
  25. Davidson R. J. Well-being and affective style: neural substrates and biobehavioural correlates // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2004 Sep 29. N 359 (1449). P 1395-1411. Doi.org/10.1098/rstb.2004.1510
  26. Davidson R. J., Coe C. C., Dolski I., Donzella B. Individual differences in prefrontal activation asymmetry predict natural killer cell activity at rest and in response to challenge // Brain, Behavior, and Immunity. 1999. N 13 (2). P 93-108. Doi.org/10.1006/brbi.1999.0557
  27. Miller A. H., Haroon E., Raison C. L., Felger J. C. Cytokine Targets in the Brain: Impact on Neurotransmitters and Neurocircuits // Depress Anxiety. 2013. N 30 (4). P 297-306. Doi.org/10.1002/da.22084
  28. Phelps Ch., Korneva Е. Cytokines and the Brain. Vol. 6. 1st Edition. Elsevier Science, 2008. 608 p.

Statistics

Views

Abstract - 101

PDF (Russian) - 15

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2020 Shevchenko O.I., Bodienkova G.M., Lakhman O.L., Boklazhenko E.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies