ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2006, том 32, № 2, с. 87-91

УДК 612.821

кишечный эндотоксин как универсальный фактор адаптации и патогенеза общего адаптационного синдрома

© 2006 г.   И. А. Аниховская, О. Н. Опарина, М. М. Яковлева, М. Ю. Яковлев

Институт общей и клинической патологии Клинико-диагностического общества РАЕН

Поступила в редакцию 27.12.2004 г.

Кишечный эндотоксин является облигатным фактором адаптации организма и патогенеза общего адаптационного синдрома, объем поступления которого в системный кровоток регулируется симпатоадреналовой системой. По мере роста спортивных достижений (мастерства) концентрация эн­дотоксина в общем кровотоке организма спортсменов увеличивается. Переносимость физической нагрузки определяется способностью организма потреблять эндотоксин и объемом поступления его из кишечника.


Способность приспособления организма к по­стоянно изменяющимся условиям среды опреде­ляет возможность его существования как единого целого. Однако процессы, лежащие в основе адаптации могут быть и причиной развития са­мых разнообразных заболеваний человека. Общ­ность этих механизмов впервые была замечена Гансом Селье [1], который убедительно проде­монстрировал важнейшую роль стресс-реакции (реакции напряжения симпатоадреналовой систе­мы) как в обеспечении срочной адаптации к дей­ствию чрезвычайного по силе раздражителя, так и в патогенезе общего адаптационного синдрома. Последующие многочисленные клинические ис­следования показали важную роль хронического стресса в развитии атеросклероза и инфаркта ми­окарда, бронхиальной астмы и нейродермита, псориаза и обострения шизофрении, дисбактериоза кишечника и вторичного иммунодефицита. В этой связи принципиально важным представляется тот факт, что аналогичной способностью обла­дает "эндотоксиновая агрессия" (ЭА) [2], которая теоретически может быть прямым следствием того же стресса, обусловливающего сброс пор­тальной крови через шунты в общую гемоциркуляцию, минуя печень, являющуюся надежным барьером на пути проникновения кишечного эндо­токсина (ЭТ) в системный кровоток [3].

Возможность участия ЭТ, представляющего из себя липополисахарид (ЛПС), в процессах адаптации стала рассматриваться совсем недавно, поскольку сам факт присутствия кишечного ЭТ (в гранулоцит-связаннном состоянии) в общем кровотоке практически здоровых людей был за­регистрирован лишь в 1987 году [4], а модифика­ция лимулюс-тест-лизата (ЛАЛ-теста), способная определять концентрацию ЛПС в сыворотке кро­ви, была создана еще 5 лет спустя [5]. Она позволила установить физиологические параметры си­стемной эндотоксинемии: от 0 до 1 EU/мл, со средними показателями концентрации ЭТ в об­щем кровотоке 0.20 ± 0.01 EU/мл [2]. Сам факт та­кого значительного разброса показателей концентрации ЛПС в сыворотке крови при постоян­ном присутствии в общей гемоциркуляции ЭТ-позитивных гранулоцитов свидетельствует о том, что кишечный ЛПС поступает в системный кро­воток дробно, в "рваном режиме" [2], и существу­ет некий механизм регуляции его содержания (по­ступления) в общий кровоток, который обеспечи­вает поддержание активности жизненно важных систем организма на необходимом в данный мо­мент времени уровне, поскольку ЭТ является не­специфическим мультипотентным активатором в силу своей способности активировать протеинкиназу С, снимающую репрессию с генома.

Наиболее вероятным, на наш взгляд, "регуля­тором" поступления кишечного ЛПС в общий кровоток может быть симпатоадреналовая систе­ма, поскольку она способна обеспечивать допол­нительный сброс портальной ("богатой" ЭТ) кро­ви через шунты в системную гемоциркуляцию. Однако в доступной литературе мы не обнаружи­ли информации о роли симпатоадреналовой сис­темы в регуляции концентрации ЛПС в общем кровотоке. Наша первая попытка установления взаимосвязи между концентрацией кортизола и кишечного ЭТ в сыворотки крови при физичес­кой нагрузке была весьма успешной [6], что и явилось мотивацией для проведения настоящего исследования, т.к. этот аспект механизма адапта­ции представляется нам чрезвычайно важным (если не краеугольным) для понимания процессов приспособления организма к изменяющимся ус­ловиям среды, оценки резерва адаптации и пато­генеза общего адаптационного синдрома.

Таблица 1. Динамика изменения концентрации эндотоксина и кортизола в плазме крови до и после нагрузки в зависимости от спортивной квалификации

 

 

 

Концентрация в плазме крови

Спортивная квалификация

эндотоксина, EU/мл

кортизола, нмоль

за неделю до нагрузки

до нагрузки

после нагрузки

за неделю до нагрузки

до нагрузки

после нагрузки

1. "Неспортсмены"

(п= 13)

0.68 ± 0.16

1.45 ±0.35°

2.29 ±0.21

203.62 ± 1.64

418.55 ±3.61

460.51 ±44.27

2. Перворазрядники (п = 30)

-

1.62± 0.13°°

2.62 ± 0.33*

-

311.70±18.6**

477.10 ±28.30**

3. Кандидаты в масте­ра спорта (п = 27)

-

1.84 ± 0.37

1.93 ±0.15

-

307.60 ±17.9**

420.40 ±21.60**

4. Мастера спорта

(п = 22)

-

2.78 ± 0.15°, °°

1.98 ±0.25*

-

253.80 ± 19.8**

415.70 ±18.60**

5. Условно здоровые (n = 30)

0.18 ±0.05

295.00 ±18.20

Примечание. Значимые различия показателей до и после нагрузки: * - при р < 0.05, ** - ири р < 0.001; значимые различия между группами: ° — при р <0.05, °° - при p< 0.001.


МЕТОДИКА

Испытуемыми являлись спортсмены: 64 сту­дента физкультурного факультета различной спортивной квалификации (баскетболистов - 20, легкоатлетов - 18, триатлонистов - 13, тяжелоат­летов - 13 человек) и 15 ветеранов спорта. По уровню спортивной квалификации 30 спортсме­нов были перворазрядниками, 27 спортсменов — кандидатами в мастера спорта и 22 человека - ма­стерами спорта. Также в исследовании приняли участие 13 студентов исторического факультетов Пензенского государственного педагогического института (никогда не занимавшиеся ранее спор­том), а также практически здоровые люди (далее - условно здоровые) в возрасте от 20 до 40 лет, не занимающиеся спортом (30 человек).

Моделью физического стресса являлся тест PWC170, проводимый с помощью велоэргометра "SVEN SPORT" (Швеция, 1998 г.) со специальным устройством, регистрирующим частоту педали­рования. Проба продолжалась 10 мин. В течение этого времени испытуемый выполнял на велоэргометре нагрузку, которая обеспечивала частоту сердечных сокращений в 170 уд/мин. "Вхождение в программу" длилось 2-3 мин, после чего она ус­тойчиво поддерживалась на уровне до 170 уд/мин. Степень утомления испытуемых после интенсив­ной физической нагрузки оценивали клинически.

Исследовали венозную кровь испытуемых, ко­торую забирали за 3-10 мин до физической на­грузки и спустя 5-10 мин после ее завершения. У студентов исторического факультета кровь заби­рали еще и за 7 дней до начала эксперимента (т.е. трижды). Концентрацию ЛПС в сыворотке крови определяли при помощи ЛАЛ-теста, основанного на способности ЭТ вызывать коагуляцию белко­вых фракций гемолимфы краба Limulus polyphemus, в адаптированной для клинических условий модификации [7]. Активность гранулоцитарного звена антиэндотоксинового иммунитета (АЭИ) оценивали при помощи иммуноферментного ана­лиза (ИФА) в тонких мазках крови, определяя ре­зервы связывания ЛПС гранулоцитами по мето­ду, разработанному В.Г. Лиходедом с соавт. [8]. Гуморальное звено АЭИ оценивали методом "СОИС-ИФА", основанным на определении тит­ров антител к наиболее общей антигенной детерминанте ЛПС всех грамотрицательных бактерий (гликолипиду хемотипа Re) [9]. Концентрацию кортизола (как маркера стресс-реакции) также определяли при помощи ИФА. Клинический ана­лиз крови и подсчет тромбоцитов осуществлялся согласно общепринятым методикам. Достовер­ность результатов оценивали при помощи вариа­ционной статистики с использованием t-критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Приведенные в табл. 1 результаты свидетель­ствуют о том, что физическая нагрузка PWC170  для испытуемых всех групп исследования, распре­деленных по уровню физической подготовки, яв­ляется стрессорной. Об этом свидетельствует значительный (и различный в группах) прирост концентрации кортизола. Весьма любопытным представляется тот факт, что в группе "неспортс­менов" еще до начала нагрузки уровень кортизо­ла превышал таковой после физического стресса у мастеров спорта.

 

Таблица 2.  Показатели титров антиэндотоксиновых антител и связывания эндотоксина (ЭТ) гранулоцитами в плазме крови до и после нагрузки в зависимости от спортивной квалификации

 

Спортивная квалификация

Титры антиэндотоксиновых

антител, усл. ед. оптической

плотности

Количество ЭТ-позитив-ных гранулоцитов, %

Резервы связывания ЭТ лейкоцитами, %

 

до нагрузки

после нагрузки

до нагрузки

после нагрузки

до нагрузки

после нагрузки

1. "Неспортсмены" (п = 13)

156.7±10.7

164.5 ± 9.25

2.3 ±0.6

2.25 ± 0.05

3.8 ±0.6

1.66 ±0.5

2. Перворазрядники (п = 30)

142.1 ±12.7

132.1 ±15.3

3.8 ±0.3

2.8 ± 0.6

4.1 ±0.5

2.9 ± 0.8

3. Кандидаты в мастера спор­та (n = 27)

158.1 ±13.9

168.1 ±11.8

2.8 ±0.3

2.6 ± 0.4

4.4 ±0.5

1.6 ±0.3*

4. Мастера спорта (и = 22)

196.4 ±16.3

186.4 ± 10.3

1.7 ±0.7

2.9 ± 0.5

1.0 ±0.8

1.6 ±0.8

5. Условно здоровые (п = 30)

212.32 ±14.51

3.5 ± 0.4

5.1 ±0.3

Значимые различия  показателей до и после физической нагрузки (р < 0.001).


Мы предвидели возможность такой реакции со стороны испытуемых «неспортсменов» и потому взяли у них кровь на анализ еще за неделю до проведения эксперимента. И, дейст­вительно, результаты исследования показали, что у этих испытуемых страх перед непривычной для них деятельностью (выполнение близкой к запредельной физической нагрузки) повлек за со­бой развитие психоэмоционального стресса, о чем свидетельствует двукратный прирост кон­центрации кортизола непосредственно (за 5 мин) до начала эксперимента. В наличии психоэмоцио­нального стресса у испытуемых этой группы мы видим и основную причину значительного (семи­кратного) повышения концентрации ЛПС в об­щем кровотоке. Выполнение физической нагруз­ки у большинства испытуемых «неспортсменов» не сопровождалось значительным приростом со­держания в крови кортизола, а потому и средние величины динамики изменения его концентрации значимо друг от друга не отличаются, что нельзя сказать о содержании ЭТ в общей гемоциркуляции, которое в результате нагрузки возросло в 1.5 раза. У перворазрядников отмечено 1.5-крат­ное увеличение концентрации как кортизола, так и ЛПС в плазме крови. У кандидатов в мастера спорта, несмотря на значительное (на 37%) увели­чение содержания кортизола в результате физи­ческой нагрузки, концентрация ЭТ в общем кро­вотоке значимо не изменилась, имелась лишь тенденция к ее увеличению (соответственно с 1.84 ± 0.37 до 1.93 ± 0.15 EU/мл). В целом, в пер­вых трех группах (см. табл.1) прослеживается од­нотипная закономерность, которая заключается в приросте концентрации кишечного ЛПС в от­вет на действие физического стресса, которая не­уклонно с ростом спортивного мастерства сходит на нет, и, наоборот, по мере роста спортивных до­стижений изначальное содержание ЭТ в плазме медленно, но неуклонно возрастает. Складывает­ся такое впечатление, что систематическое занятие спортом по мере роста спортивных достиже­ний требует и большей концентрации ЛПС в об­щем кровотоке. Это объясняется тем обстоятельством, что ЭТ является мультипотентным неспецифическим активатором метаболиче­ских систем клетки, способным пластически обеспечивать гиперфункцию - гипертрофией. Способность ЛПС активировать протеинкиназу С, снимающую репрессию с генома, вполне доста­точна для достижения этой цели. Правомочность такой трактовки полученных данных подтверж­дается и динамикой изменения кортизола и ЭТ в результате нагрузки в плазме крови мастеров спорта, у которых несмотря на самый значитель­ный прирост (в 1.6 раза) концентрации кортизола (с 253.8 ±19.8 до 415.7 + 18.6 нмоль/л) и самого высо­кого исходного содержания ЛПС (2.78 ± 0.15 EU/мл) в общей гемоциркуляции, физическая нагрузка приводила к значительному снижению концент­рации ЭТ в плазме крови (до 1.98 ± 0.25 EU/мл). Этот факт представляется крайне важным, по­скольку снижение содержания ЛПС в плазме кро­ви происходит на фоне стресса, который обеспе­чивает дополнительное поступление ЭТ в общую гемоциркуляцию за счет шунтирования порталь­ного кровотока. Обнаруженный феномен можно объяснить лишь одним - изначально более высо­кой способностью организма спортсменов по­треблять кишечный ЛПС, которая становится все более очевидной по мере роста спортивных до­стижений. В этой связи весьма интересны и дан­ные, представленные в табл. 2 и свидетельствую­щие о том, что у мастеров спорта в отличие от ис­пытуемых всех других групп физическая нагрузка приводит к увеличению количества ЭТ-позитивных гранулоцитов и резервов связывания ЛПС лейкоцитами. При этом, по мере роста спортив­ного мастерства и увеличения концентрации ки­шечного ЭТ в системном кровотоке имеется чет­кая тенденция увеличения титров антиэндотоксиновых антител и отсутствие отрицательной динамики их изменения в результате нагрузки PWC170.

 

Таблица 3. Динамика изменения концентрации эндотоксина (ЭТ) у испытуемых в зависимости от реакции орга­низма на физическую нагрузку

 

 

Концентрация ЭТ в плазме крови, EU/мл

Группы

адаптация (и = 54)

дизадаптация (п = 23)

 

до нагрузки

после нагрузки

до нагрузки

после нагрузки

1. ''Неспортсмены" (n = 13)

2.29 ± 0.21 (n = 7)

1.79 ±0.45

1.69 ±0.34 (n = 6)

2.27 ± 0.20

2. Баскетболисты (n = 20)

1.89 ± 0.31* (п = 11)

1.95 ±0.20

2.94 ±0.14* (n = 9)

3.05 ± 0.52

3. Легкоатлеты (n = 18)

1.22 ±0.27* (n = 10)

1.12 ±0.27

2.09 ±0.14* (n = 8)

2.18 ±0.25

4. Триатлонисты (n = 13)

1.19 ± 0.19 (n= 13)

1.41 ±0.18

-

-

5. Тяжелоатлеты (n = 13)

1.47 ±0.18 (n = 13)

1.86 ±0.17

-

-

6. Условно здоровые (п = 30)

0.18 ±0.05

* Значимые различия между изначальными показателями концентрации ЭТ в зависимости от реакции на физическую нагруз­ку (р < 0.001).

Таблица 4. Содержание тромбоцитов в периферической крови в зависимости от концентрации эндотоксина (ЭТ)

 

Содержание ЭТ в плазме, EU/мл

Содержание тромбоцитов в 1 мкл крови

1 подгруппа

от 0.3 до 1.25 (0.96 ±0.11)

264085 ± 10603 (n = 39; 49.4%)

2 подгруппа

от 1.5 до 5.0 (2.13 ±0.13)

187303 ± 11713* (n = 40; 50.6%)

Стандартные показатели нормы - 243382 ± 9800

1 Указан интервал колебания концентрации ЭТ в плазме крови, в скобках - средние показатели. * Значимые различия в группах (р < 0.05).


Таким образом, представляется возможным заключить, что симпатоадреналовая система реа­лизует свое адаптивное действие при участии кишечного ЛПС, который можно квалифицировать как адаптоген. В связи с этим представлялось ин­тересным проследить динамику изменения кон­центрации ЭТ и кортизола в зависимости от пере­носимости испытуемыми нагрузки (отсутствия или наличия реакций дизадаптации) (табл. 3).

Как видно из табл.3, нормальная переноси­мость физического стресса характеризуется либо снижением содержания ЛПС в общем кровотоке у "неспортсменов", либо тенденцией к незначи­тельному увеличению у спортсменов при изна­чально менее высоких концентрациях ЭТ по срав­нению с "неспортсменами". Средние показатели содержания ЛПС в плазме крови после нагрузки не превышали 2.0 EU/мл.

У испытуемых с реакциями дизадаптации (тошнота, головокружение, боли в правом подре­берье и мышцах, пошатывание, беспорядочное дыхание, др.) имели место обратные тенденции в динамике изменения концентрации ЭТ. У 6 из 13 "неспортсменов" содержание ЭТ в плазме крови возрастало с 1.69 ± 0.34 до 2.27 ±0.20 EU/мл. У 9 из 20 баскетболистов и у 8 из 18 легкоатлетов изначальные концентрации ЛПС в плазме крови были в 1.5 раза выше. Таким образом, отсутствие способности организма адекватно поступлению потреблять или выводить кишечный ЭТ из гемоциркуляции является причиной увеличения его концентрации в системном кровотоке и развития общего адаптационного синдрома.

Рутинные гематологические методы исследо­вания не обнаружили каких-либо существенных отклонений от физиологической нормы, за ис­ключением тромбоцитов, численность которых в общей гемоциркуляции зависит от концентрации ЛПС (табл. 4).

Исходя из того, что реакции дизадаптации раз­виваются при средних показателях содержания ЭТ выше 2.0 EU/мл, мы сочли целесообразным выделить среди испытуемых две подгруппы. В первую вошли испытуемые с показателями кон­центрации до 1.25 EU/мл, во вторую - более 1.5 EU/мл. Хорошо известна способность ЭТ активи­ровать систему гемостаза. В физиологических ус­ловиях она реализуется за счет способности ЛПС активировать фактор Хагемана, взаимодейство­вать с рецепторами гранулоцитов и тромбоцитов. В связи с этим на подсчете тромбоцитов основан один из наиболее древних методов оценки выраженности эндотоксинемии при грамотрицательном сепсисе. Из приведенных в табл. 4 данных вид­но, что у испытуемых первой подгруппы средние показатели количества тромбоцитов почти в два раза выше, чем во второй. При этом необходимо отметить, что средние показатели числа тромбо­цитов при концентрации ЛПС в 2.13 ± 0.13 EU/мл все же находятся в пределах нижней границы стандартной нормы, которая устанавливалась де­сятилетиями и определялась клиникой (главным образом отсутствием симптомов острой воспали­тельной патологии).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенного исследования свиде­тельствуют о том, что кишечный эндотоксин (ЭТ) является важным фактором механизма адап­тации организма человека к изменяющимся усло­виям внешней среды. Эта адаптивная реакция реализуется симпатоадреналовой системой (стрес­сом), которая определяет объем сброса портальной крови, минуя печень, в системный кровоток, а значит и регулирует поступление ЛПС из кишечника в общую гемоциркуляцию. Гомеостатическая роль этого феномена опреде­ляется широким спектром полезных для процес­сов адаптации свойств ЭТ, к числу которых в пер­вую очередь относится хорошо известная способ­ность ЛПС через протеинкиназу С снимать репрессию с генома и пластически обеспечивать гиперфункцию. Правомочность подобной трак­товки полученных данных определяется динамикой изменения изучаемых показателей: значи­тельным (почти вдвое) увеличением средних по­казателей концентрации ЭТ в плазме крови по мере роста спортивных достижений и высокой способностью организма мастеров спорта утили­зировать ЛПС, о чем свидетельствует снижение его содержания в общем кровотоке в результате физической нагрузки, несмотря на реакцию на­пряжения симпатоадреналовой системы, которая обеспечивает дополнительный вброс кишечного ЭТ в общую гемоциркуляцию. Последнее под­тверждается и динамикой изменения показателей концентраций кортизола и ЛПС в системном кро­вотоке перворазрядников и кандидатов в мастера спорта в результате PWC170, что свидетельствует об участии симпатоадреналовой системы в регу­ляции поступления кишечного ЭТ в системный кровоток, которая может осуществляться исклю­чительно за счет дополнительного сброса ЛПС по портокавальным шунтам. В связи с этим прин­ципиально важной представляется динамика из­менений изучаемых показателей у неспортсме­нов, особенностью которой является двукратный прирост концентраций кортизола и эндотоксина в плазме крови к моменту начала эксперимента, который невозможно объяснить чем-либо кроме как психоэмоциональным фактором (стрессом), обусловленным страхом перед непривычным для себя видом деятельности. Несмотря на дополнительный вброс ЛПС из кишечника в общий кро­воток, для хорошей переносимости PWC170 харак­терны тенденции либо к снижению содержания ЛПС в плазме крови, либо к ее приросту при из­начально невысоких показателях концентрации ЭТ. Тогда как клинические проявления общего адаптационного синдрома (реакции дизадаптации) появляются исключительно на фоне тенден­ции к увеличению содержания ЛПС в общем кро­вотоке (при изначально высокой концентрации), что, по-видимому, является следствием неспособ­ности потреблять кишечный ЭТ адекватно объе­му его поступления в общий кровоток.

Таким образом, представляется возможным заключить, что кишечный ЛПС является облигатным фактором механизма адаптации и общего адаптационного синдрома, объем поступления которого в общую гемоциркуляцию определяет­ся активностью симпатоадреналовой системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. М.: Медгиз, 1960.

2.    Яковлев М.Ю. Элементы эндотоксиновой теории физиологии и патологии человека // Физиология человека. 2003. Т. 29. № 4. С. 98.

3.    Яковлев М.Ю. Роль кишечной микрофлоры и не­достаточности барьерной функции печени в разви­тии эндотоксинемии и воспаления // Казанский мед. журнал. 1988. № 5. С. 353.

4.    Яковлев М.Ю., Крупник А.Н., Бондаренко Е.В. и др. Диагностическая информативность иммуно-морфологической идентификации эндотоксин-положительных гранулоцитов в клинике и экспери­менте // Актуальные вопросы теоретической и прикладной инфекционной иммунологии. М., 1987. С. 127.

5.    Уразаев Р.А., Крупник А.Н.. Яковлев М.Ю. Эндо­токсинемии в раннем периоде адаптации новорож­денных и их матерей // Казанский мед. журнал. 1992. №2. С. 114.

6.    Опарина О.Н., Аниховская И.А.. Девятаев A.M., Яковлева М.М. Показатели активности антиэндотоксинового иммунитета и концентрации липополисахарида кишечной микрофлоры в крови чело­века при физических нагрузках // Физиология че­ловека. 2004. Т. 30. № 1. С. 135.

7.    Зинкевич О.Д., Аниховская И.А., Яковлев М.Ю. и др. II Патент РФ № 2093825. 2002.

8.    Лиходед В.Г., Яковлев М.Ю., Аполлонии А.В. и др. II Патент РФ № 2088936. 1997.

9.    Аниховская И.А. Выявление групп риска, выбор тактики обследования и оценка эффективности лечения различных заболеваний по показателям антиэндотоксинового иммунитета: Автореф. дис... канд. мед. наук. М., 2001. 24 с.